ਕੋਸ਼ਿਕਾਵਾਂ ਜੀਵਨ ਦੇ ਕਾਰਜਾਂ ਨੂੰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਰਸਾਇਣਕ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਰਾਹੀਂ ਨਿਭਾਉਂਦੀਆਂ ਹਨ। ਕੋਸ਼ਿਕਾ ਦਾ ਪਾਚਨ-ਕ੍ਰਮ (metabolism) ਉਸ ਵਿੱਚ ਵਾਪਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਰਸਾਇਣਕ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੇ ਸੁਮੇਲ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਵਿਨਾਸ਼ਕਾਰੀ ਕਿਰਿਆਵਾਂ (Catabolic reactions) ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਰਸਾਇਣਾਂ ਨੂੰ ਸਰਲ ਰੂਪਾਂ ਵਿੱਚ ਤੋੜਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਊਰਜਾ ਦੇ ਨਿਕਾਸ ਨਾਲ ਸੰਬੰਧਿਤ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕਿਰਿਆਵਾਂ (Anabolic processes) ਸਰਲ ਰੂਪਾਂ ਤੋਂ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਅਣੂਆਂ ਦਾ ਨਿਰਮਾਣ ਕਰਦੀਆਂ ਹਨ ਅਤੇ ਊਰਜਾ ਦੀ ਲੋੜ ਪੈਂਦੀ ਹੈ।
ਊਰਜਾ ਦੇ ਅਧਿਐਨ ਵਿੱਚ, ਪ੍ਰਣਾਲੀ (system) ਸ਼ਬਦ ਊਰਜਾ ਤਬਦੀਲੀਆਂ ਵਿੱਚ ਸ਼ਾਮਲ ਪਦਾਰਥ ਅਤੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਐਨਟਰੋਪੀ (Entropy) ਪ੍ਰਣਾਲੀ ਦੀ ਅਵਿਵਸਥਾ ਦਾ ਮਾਪ ਹੈ। ਊਰਜਾ ਤਬਦੀਲੀ ਦਾ ਵਰਣਨ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਭੌਤਿਕ ਨਿਯਮ ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕਸ ਦੇ ਨਿਯਮ ਹਨ। ਪਹਿਲਾ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਬ੍ਰਹਿਮੰਡ ਵਿੱਚ ਊਰਜਾ ਦੀ ਕੁੱਲ ਮਾਤਰਾ ਸਥਿਰ ਹੈ। ਥਰਮੋਡਾਇਨਾਮਿਕਸ ਦਾ ਦੂਜਾ ਨਿਯਮ ਕਹਿੰਦਾ ਹੈ ਕਿ ਹਰ ਊਰਜਾ ਤਬਦੀਲੀ ਵਿੱਚ ਊਰਜਾ ਦਾ ਕੁਝ ਹਿੱਸਾ ਅਯੋਗ ਰੂਪ ਵਿੱਚ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਗਰਮੀ ਊਰਜਾ, ਗੁਆਚ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਊਰਜਾ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਰੂਪਾਂ ਵਿੱਚ ਆਉਂਦੀ ਹੈ: ਗਤੀਜ (kinetic), ਸੰਭਾਵੀ (potential), ਅਤੇ ਮੁਕਤ (free)। ਇੱਕ ਕਿਰਿਆ ਦੀ ਮੁਕਤ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਤਬਦੀਲੀ ਨਕਾਰਾਤਮਕ (ਊਰਜਾ ਨਿਕਾਸ, exergonic) ਜਾਂ ਸਕਾਰਾਤਮਕ (ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਪਤ, endergonic) ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਸਾਰੀਆਂ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਅੱਗੇ ਵਧਣ ਲਈ ਊਰਜਾ ਦੇ ਇੱਕ ਮੁੱਢਲੇ ਨਿਵੇਸ਼ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ ਊਰਜਾ (activation energy) ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
ਐਨਜ਼ਾਈਮ (Enzymes) ਰਸਾਇਣਕ ਉਤਪ੍ਰੇਰਕ (catalysts) ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਜੋ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਘਟਾ ਕੇ ਰਸਾਇਣਕ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਤੇਜ਼ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਐਨਜ਼ਾਈਮਾਂ ਦਾ ਇੱਕ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਸਥਾਨ (active site) ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜਿਸਦਾ ਇੱਕ ਵਿਲੱਖਣ ਰਸਾਇਣਕ ਵਾਤਾਵਰਣ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜੋ ਉਸ ਐਨਜ਼ਾਈਮ ਲਈ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਰਸਾਇਣਕ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆਵਾਂ (reactants), ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੂੰ ਸਬਸਟਰੇਟ (substrates) ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਨਾਲ ਫਿੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਐਨਜ਼ਾਈਮਾਂ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰੇਰਿਤ-ਫਿੱਟ ਮਾਡਲ (induced-fit model) ਅਨੁਸਾਰ ਬੱਝਣ ਲਈ ਮੰਨਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਐਨਜ਼ਾਈਮ ਕਾਰਜ ਨੂੰ ਸਰੋਤਾਂ ਨੂੰ ਬਚਾਉਣ ਅਤੇ ਵਾਤਾਵਰਣ ਪ੍ਰਤੀ ਅਨੁਕੂਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕਰਨ ਲਈ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
ATP ਕੋਸ਼ਿਕਾਵਾਂ ਲਈ ਊਰਜਾ ਮੁਦਰਾ (energy currency) ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਕੋਸ਼ਿਕਾਵਾਂ ਨੂੰ ਊਰਜਾ ਨੂੰ ਸੰਖੇਪ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਸਟੋਰ ਕਰਨ ਅਤੇ ਇਸਨੂੰ ਆਪਣੇ ਅੰਦਰ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕਰਨ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਰਸਾਇਣਕ ਕਿਰਿਆਵਾਂ (endergonic chemical reactions) ਦਾ ਸਮਰਥਨ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ। ATP ਦੀ ਬਣਤਰ ਤਿੰਨ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੂਹਾਂ ਨਾਲ ਜੁੜੇ ਇੱਕ RNA ਨਿਊਕਲੀਓਟਾਈਡ (RNA nucleotide) ਦੀ ਹੈ। ਜਿਵੇਂ ਹੀ ATP ਊਰਜਾ ਲਈ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਇੱਕ ਫਾਸਫੇਟ ਸਮੂਹ detached ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ADP ਬਣਦਾ ਹੈ। ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੇ ਵਿਨਾਸ਼ (glucose catabolism) ਤੋਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਊਰਜਾ ADP ਨੂੰ ATP ਵਿੱਚ ਰੀਚਾਰਜ ਕਰਨ ਲਈ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
ਗਲਾਈਕੋਲਾਈਸਿਸ (Glycolysis) ਊਰਜਾ ਕੱਢਣ ਲਈ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੇ ਟੁੱਟਣ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਣ ਵਾਲੀ ਪਹਿਲੀ ਪ੍ਰਣਾਲੀ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਇਹ ਧਰਤੀ ਉੱਤੇ ਲਗਭਗ ਸਾਰੇ ਜੀਵਾਂ ਦੁਆਰਾ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਇਸਦਾ ਜੀਵਨ ਦੇ ਇਤਿਹਾਸ ਵਿੱਚ ਜਲਦੀ ਵਿਕਾਸ ਹੋਇਆ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਗਲਾਈਕੋਲਾਈਸਿਸ ਦੋ ਭਾਗਾਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ: ਪਹਿਲਾ ਭਾਗ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੀ ਛੇ-ਕਾਰਬਨ ਰਿੰਗ ਨੂੰ ਦੋ ਤਿੰਨ-ਕਾਰਬਨ ਸ਼ੱਕਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੰਡਣ ਲਈ ਤਿਆਰ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਕਦਮ ਦੌਰਾਨ ਅਣੂ ਵਿੱਚ ਊਰਜਾ ਨਿਵੇਸ਼ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ ਵੰਡ ਨੂੰ ਊਰਜਾਵਾਨ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕੇ। ਗਲਾਈਕੋਲਾਈਸਿਸ ਦਾ ਦੂਜਾ ਅੱਧਾ ATP ਅਤੇ ਹਾਈਡਰੋਜਨ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਤੋਂ ਉੱਚ-ਊਰਜਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਕੱਢਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਨੂੰ NAD+ ਨਾਲ ਜੋੜਦਾ ਹੈ। ਪਹਿਲੇ ਅੱਧੇ ਵਿੱਚ ਦੋ ATP ਅਣੂ ਨਿਵੇਸ਼ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਦੂਜੇ ਅੱਧੇ ਦੌਰਾਨ ਚਾਰ ATP ਅਣੂ ਬਣਦੇ ਹਨ। ਇਹ ਕੋਸ਼ਿਕਾ ਲਈ ਪ੍ਰਤੀ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਅਣੂ ਦੋ ATP ਅਣੂਆਂ ਦਾ ਸ਼ੁੱਧ ਲਾਭ ਪੈਦਾ ਕਰਦਾ ਹੈ।
ਸਿਟਰਿਕ ਐਸਿਡ ਚੱਕਰ (citric acid cycle) ਰਸਾਇਣਕ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਲੜੀ ਹੈ ਜੋ ਉੱਚ-ਊਰਜਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਾਂ ਨੂੰ ਹਟਾਉਂਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ATP ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਪੋਰਟ ਚੇਨ (electron transport chain) ਵਿੱਚ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਚੱਕਰ ਦੇ ਹਰ ਦੌਰ ਲਈ ਇੱਕ ATP ਅਣੂ (ਜਾਂ ਇੱਕ ਸਮਾਨ) ਪੈਦਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਪੋਰਟ ਚੇਨ ਏਰੋਬਿਕ ਸਾਹ (aerobic respiration) ਦਾ ਉਹ ਹਿੱਸਾ ਹੈ ਜੋ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੇ ਵਿਨਾਸ਼ ਵਿੱਚ ਅੰਤਰ-ਮਾਧਿਅਮ ਯੋਗਿਕਾਂ (intermediate compounds) ਤੋਂ ਹਟਾਏ ਗਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਾਂ ਲਈ ਅੰਤਿਮ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਸਵੀਕਾਰਕ (final electron acceptor) ਵਜੋਂ ਮੁਕਤ ਆਕਸੀਜਨ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਾਂ ਨੂੰ ਰਸਾਇਣਕ ਕਿਰਿਆਵਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਲੜੀ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਥੋੜ੍ਹੀ ਮਾਤਰਾ ਵਿੱਚ ਮੁਕਤ ਊਰਜਾ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਤਿੰਨ ਬਿੰਦੂਆਂ 'ਤੇ ਹਾਈਡਰੋਜਨ ਆਇਨਾਂ ਨੂੰ ਝਿੱਲੀ (membrane) ਦੇ ਪਾਰ ਲਿਜਾਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਇਹ ਚੀਮਿਓਸਮੋਸਿਸ (chemiosmosis) ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਗਰੇਡੀਐਂਟ (gradient) ਵਿੱਚ ਯੋਗਦਾਨ ਪਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਜਿਵੇਂ ਹੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ NADH ਜਾਂ FADH2 ਤੋਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਪੋਰਟ ਚੇਨ ਦੇ ਹੇਠਾਂ ਲੰਘਦੇ ਹਨ, ਉਹ ਊਰਜਾ ਗੁਆ ਦਿੰਦੇ ਹਨ। ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਪੋਰਟ ਚੇਨ ਦੇ ਉਤਪਾਦ ਪਾਣੀ ਅਤੇ ATP ਹਨ। ਕਈ ਅੰਤਰ-ਮਾਧਿਅਮ ਯੋਗਿਕਾਂ ਨੂੰ ਹੋਰ ਬਾਇਓਕੈਮੀਕਲ ਅਣੂਆਂ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਨਿਊਕਲਿਕ ਐਸਿਡ, ਗੈਰ-ਜ਼ਰੂਰੀ ਅਮੀਨੋ ਐਸਿਡ, ਸ਼ੱਕਰ, ਅਤੇ ਲਿਪਿਡਾਂ ਦੇ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਵਿੱਚ ਮੋੜਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਹੋ ਅਣੂ, ਨਿਊਕਲਿਕ ਐਸਿਡਾਂ ਨੂੰ ਛੱਡ ਕੇ, ਗਲੂਕੋਜ਼ ਪ੍ਰਣਾਲੀ ਲਈ ਊਰਜਾ ਸਰੋਤਾਂ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ।
ਜੇਕਰ NADH ਏਰੋਬਿਕ ਸਾਹ ਰਾਹੀਂ ਪਾਚਨ ਨਹੀਂ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ, ਤਾਂ ਇੱਕ ਹੋਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਸਵੀਕਾਰਕ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਜੀਵ NAD+ ਦੇ ਪੁਨਰਜਨਨ (regeneration) ਨੂੰ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਲਈ ਕਿਸੀ ਨਾ ਕਿਸੀ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਫਰਮੈਂਟੇਸ਼ਨ (fermentation) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਨਗੇ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਗਲਾਈਕੋਲਾਈਸਿਸ ਜਾਰੀ ਰਹੇਗਾ। ਫਰਮੈਂਟੇਸ਼ਨ ਵਿੱਚ NAD+ ਦਾ ਪੁਨਰਜਨਨ ATP ਉਤਪਾਦਨ ਨਾਲ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦਾ; ਇਸ ਲਈ, ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨ ਟ੍ਰਾਂਸਪੋਰਟ ਚੇਨ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ATP ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ NADH ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਨਹੀਂ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ।
ਕਾਰਬੋਹਾਈਡਰੇਟ, ਪ੍ਰੋਟੀਨ, ਅਤੇ ਲਿਪਿਡਾਂ ਦਾ ਟੁੱਟਣਾ ਅਤੇ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੇ ਵਿਨਾਸ਼ ਦੀਆਂ ਪ੍ਰਣਾਲੀਆਂ ਨਾਲ ਜੁੜਦਾ ਹੈ। ਕਾਰਬੋਹਾਈਡਰੇਟ ਜੋ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੇ ਵਿਨਾਸ਼ ਵਿੱਚ ਵੀ ਸ਼ਾਮਲ ਹੋ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਗਲੈਕਟੋਜ਼, ਫਰੂਕਟੋਜ਼, ਅਤੇ ਗਲਾਈਕੋਜਨ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਇਹ ਗਲਾਈਕੋਲਾਈਸਿਸ ਨਾਲ ਜੁੜਦੇ ਹਨ। ਪ੍ਰੋਟੀਨ ਤੋਂ ਅਮੀਨੋ ਐਸਿਡ ਪਾਈਰੂਵੇਟ (pyruvate), ਐਸੀਟਾਈਲ CoA (acetyl CoA), ਅਤੇ ਸਿਟਰਿਕ ਐਸਿਡ ਚੱਕਰ ਦੇ ਯੋਗਿਕਾਂ ਰਾਹੀਂ ਗਲੂਕੋਜ਼ ਦੇ ਵਿਨਾਸ਼ ਨਾਲ ਜੁੜਦੇ ਹਨ। ਕੋਲੈਸਟ੍ਰੋਲ ਸੰਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਐਸੀਟਾਈਲ CoA ਨਾਲ ਸ਼ੁਰੂ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਟ੍ਰਾਈਗਲਾਈਸਰਾਈਡਸ (triglycerides) ਦੇ ਯੋਗਿਕਾਂ ਨੂੰ ਐਸੀਟਾਈਲ CoA ਦੁਆਰਾ ਚੁੱਕਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਸਿਟਰਿਕ ਐਸਿਡ ਚੱਕਰ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।