세포에 의해 사용되는 거의 모든 에너지는 복잡한 유기 화합물을 구성하는 결합에서 나옵니다. 이러한 유기 화합물은 포도당과 같은 단순한 분자로 분해됩니다. 그 후, 세포는 많은 화학 반응, 즉 세포 호흡(cellular respiration)이라고 불리는 과정을 통해 포도당으로부터 에너지를 추출합니다.
세포 호흡은 각각 유산소(aerobic; 호기성) 호흡과 무산소(anaerobic; 혐기성) 호흡으로 불리는 산소의 존재 또는 부재에서 발생할 수 있습니다. 산소가 있을 때, 세포 호흡은 해당과정(glycolysis)으로부터 시작하여 피루브산 산화(pyruvate oxidation), 시트르산회로(citric acid cycle), 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)까지 계속됩니다.
유산소 호흡과 무산소 호흡은 모두 해당과정에서 시작합니다. 해당과정은 피루브산(pyruvate) 분자 2개, NADH 분자 2개, 그리고 아데노신삼인산(adenosine triphosphate, 줄여서 ATP) 분자 2개를 생성합니다 (실제론 ATP 4개가 생성되지만 2개는 해당과정 중에 사용). 해당과정은 이러한 주요 생성물 외에도 물 분자 2개와 수소 이온 2개를 생성합니다.
해당과정은 무산소 호흡을 수행하는 세포에선 ATP의 주요 공급원입니다. 이러한 세포는 발효를 사용하여 해당과정에서 얻은 NADH를 해당과정을 계속하는 데 필요한 NAD+로 다시 변환합니다. 해당과정은 또한 미토콘드리아가 부족한 성숙한 포유류 적혈구를 위한 ATP의 주요 공급원입니다. 암세포와 줄기세포는 ATP를 위해 유산소 해당과정효소에 의존합니다.
유산소 호흡을 사용하는 세포들은 피루브산 산화, 시트르산회로, 산화적 인산화 등을 통해 해당과정 후에도 피루브산을 계속 분해합니다. 피루브산 산화는 해당과정에서 나온 피루브산을 시트르산회로의 1차 입력인 아세틸 CoA(acetyl CoA)로 변환합니다. 지속적인 해당과정을 위한 NAD+는 산화적 인산화 중 보충되며, NADH가 전자전달계(electron transport chain)에 전자를 운반하고 공여할 때 NAD+가 됩니다.
에너지 운반체 ATP는 세포 호흡의 주요 산물입니다. 산화적 인산화 작용이 유산소 호흡에 의해 생성되는 ATP의 대부분을 생성하지만, 해당과정와 시트르산회로에서도 ATP가 생성됩니다.
