El metabolismo engloba a todas las reacciones bioquímcas que tienen lugar en una célula. Estas reacciones están catalizadas por enzimas y muchas de ellas están acopladas, de manera que el producto una reacción es el reactivo de la siguiente. Por ello, muchas reacciones se pueden agrupar en rutas bioquímicas.
Las rutas dedicadas a la biosíntesis de macromoléculas a partir de sus constituyentes básicos se denominan anabólicas. Por ejemplo, la síntesis proteíca a partir de aminoácidos o la síntesis de ADN o ARN a partir de los nucleótidos. Estas rutas precisan de un aporte energético que puede provenir de la radiación solar o de la degradación de otras macromoléculas.
El segundo tipo de rutas son las catabólicas, encargadas de degradar grandes moléculas para obtener energía que es suministrada a los procesos anabólicos.
Los procesos catabólicos degradan los nutrientes almacenado la energía en moléculas de ATP y el poder reductor en NADH que impulsan las reacciones anabólicas de biosíntesis, obteniéndose productos de desecho como dióxido de carbono y agua.
La célula es un sistema complejo y muy ordenado, la energía almacenada en las moléculas de ATP contribuye a mantener este orden y se utiliza en diferentes procesos:
- Síntesis de biomoléculas. La fragmentación de los enlaces fosfoanhídro de las moléculas de ATP liberan la energía necesaria para impulsar las reacciones químicas que sintetizan las biomoléculas que posteriormente se ensamblarán para formar proteínas, lípidos, ácidos nucleicos.
Transporte a través de membranas. La membrana plasmática actúa como una barrera selectiva dejando pasar solo ciertas sustancias hacia el interior de la célula. Los orgánulos también poseen membranas a través de las cuales se transportan moléculas e iones. Por ejemplo, las mitocondrias poseen una membrana que permite el paso de ácidos grasos para su degradación y generación de energía. Este transporte se realiza a través de complejos proteicos insertados en la membrana y siempre que el transporte se realice en contra de un gradiente de concentración requiere energía.
Por ejemplo, la bomba sodio-potasio es un complejo proteico de la membrana plasmática que mantiene una concentración baja de sodio y alta de potasio en el interior de la célula. Para logarlo es necesario bomberar cationes sodio fuera de la célula, lo que implica un gasto energético. Por cada tres moléculas de ATP consumidas, se bombean tres iones sodio fuera de la célula y dos cationes potasio al interior.
- Eliminación de desechos. El metabolismo celular produce resíduos (CO2, H2O, NH3) que deben ser eliminados. El CO2 y el H2O son fáciles de eliminar, mediante la respiración y el filtrado en los riñones. Sin embargo, el amoniaco requiere de un ciclo bioquímico que lo transforma en urea.