Le métabolisme est le processus au travers duquel le monde vivant acquiert l'énergie libre requise pour exécuter ses diverses fonctions. Ainsi, à des réactions exergoniques que constitue l'oxydation des nutriments sont couplées des réactions endergoniques nécessaires au maintien de l'état stationnaire.

La source d'énergie libre primaire est l'irradiation lumineuse, solaire. Chez les phototrophes, la photosynthèse permet l'utilisation de l'énergie lumineuse pour produire de l'ATP et réduire le CO2 afin de synthétiser des glucides. Les chémotrophes obtiennent leur énergie libre d'ATP de l'oxydation de nutriments organiques obtenus à partir d'autres organismes, dont les phototrophes en début de chaîne.

Le métabolisme est constitué du catabolisme et de l'anabolisme. Le catabolisme est constitué des voies métaboliques de dégradation, tandis que l'anabolisme, celles impliquées dans les biosynthèses. Certaines voies sont amphiboliques, participant aux deux processus. Les voies métaboliques présentent 4 caractéristiques liées à leur rôle qui est celui de produire des métabolites utilisables dans la cellule :

1.  Elles sont, dans la majeure partie des cas, irréversibles. En effet, la valeur de la variation d'énergie libre qui résulte de l'ensemble d'une voie métabolique implique son exécution dans un seul sens.

2. Elles sont initiées par une réaction fortement exergonique et limitante.

3. Elles sont régulées par des enzymes, en particulier celles catalysant des étapes limitantes.

4. Elles sont localisées, en ce qui implique un trafic important de molécules au travers des membranes des différents organites, impliquant des transporteurs et des mécanismes de transfert

La glycolyse ou voie d'Emden-Meyerhof

C'est la voie métabolique anaérobie de transformation oxydative du glucose en pyruvate, générant 2 moles d'ATP et 2 moles de NADH par mole de glucose oxydée. Cette voie est une source d'énergie libre essentielle pour les organismes unicellulaires et pluricellulaires. Le glucose est fourni par digestion des oses alimentaires : amidon, glycogène et saccharose.

La glycolyse est une voie amphibolique qui conduit à différents modes de fermentation selon les règnes : lactique chez les vertébrés mais aussi chez les bactéries, éthanolique chez les levures et certaines bactéries et formique ou / et propionique et autres chez les bactéries.

Les enzymes catalysant cette voie se situent tous dans le cytosol.

La glycolyse est une voie oxydative et utilise le NAD+ (nicotinamide adénine dinucléotide) comme substrat.

La glycolyse transforme une molécule de glucose en acide pyruvique.

En anaérobie, le pyruvate est réduit en lactate chez les animaux et en éthanol chez les levures.

En aérobie, le NADH est oxydé dans la chaîne de transport d'électrons. Ainsi, le pyruvate sera converti en acétyl coenzyme A (acétyl CoA) et sera oxydé dans le cycle de Krebs. Les électrons libérés vont passer dans un système membranaire pour arriver à l'oxygène, l'accepteur final d'électrons. Le transfert d'électrons est couplé à in gradient de protons à travers la membrane et va permettre la synthèse de plusieurs molécules d'ATP. Cette synthèse d'ATP porte le nom de phosphorylation oxydative. Ainsi, en aérobie, 30 à 38 molécules d'ATP par molécule de glucose se forment.