Hücreler tarafından kullanılan enerjinin neredeyse tamamı, karmaşık, organik bileşikleri oluşturan bağlardan gelir. Bu organik bileşikler, glikoz gibi daha basit moleküllere ayrılır. Daha sonra hücreler, birçok kimyasal reaksiyonla glikozdan enerji —hücresel solunum adı verilen bir süreç— çeker.
Hücresel solunum, sırasıyla aerobik ve anaerobik solunum olarak adlandırılan, oksijen varlığında veya yokluğunda gerçekleşebilir. Oksijen varlığında hücresel solunum glikoliz ile başlar ve piruvat oksidasyonu, sitrik asit döngüsü ve oksidatif fosforilasyon ile devam eder.
Hem aerobik hem de anaerobik hücresel solunum glikoliz ile başlar. Glikoliz, iki piruvat molekülü, iki NADH molekülü ve iki ATP molekülü için net bir kazanç sağlar (enerji gerektiren glikoliz sırasında dört üretilen eksi iki kullanılır). Bu önemli ürünlere ek olarak glikoliz, iki su molekülü ve iki hidrojen iyonu üretir.
Anaerobik solunum gerçekleştiren hücrelerde glikoliz, ATP'nin birincil kaynağıdır. Bu hücreler, NADH'yi glikolizden NAD + 'a dönüştürmek için fermantasyonu kullanır ve bu, glikolize devam etmek için gereklidir. Glikoliz aynı zamanda mitokondriye sahip olmayan olgun memeli kırmızı kan hücreleri için birincil ATP kaynağıdır. Kanser hücreleri ve kök hücreler, ATP için aerobik glikolize bel bağlarlar.
Aerobik solunum kullanan hücreler, piruvat oksidasyonu, sitrik asit döngüsü ve oksidatif fosforilasyon yoluyla glikolizden sonra piruvatı parçalamaya devam eder. Piruvat oksidasyonu, piruvatı glikolizden asetil-CoA 'a —sitrik asit döngüsü için birincil girdi— dönüştürür. Devam eden glikoliz için NAD + , oksidatif fosforilasyon sırasında NADH, elektron taşıma zincirine gidip elektron bağışlayarak NAD + haline geldiğinde yenilenir.
Enerji taşıyıcı ATP, hücresel solunumun ana ürünüdür. Oksidatif fosforilasyon, aerobik solunum tarafından üretilen ATP'nin çoğunu oluştursa da ATP ayrıca glikoliz ve sitrik asit döngüsü sırasında da üretilir.
