Vi bruger begrebet metabolisme (stofskifte) til at henvise til summen af alle kemiske reaktioner i en levende organisme. Fordi kemiske reaktioner enten frigiver eller forbruger energi, kan metabolismen ses som et energibalanceakt. Følgelig, kan metabolisme opdeles i to klasser af kemiske reaktioner: dem der frigiver energi og dem der forbruger energi.
I levende celler er, enzym-regulerede kemiske reaktioner der frigiver energi, generelt dem der er involveret i katabolisme, nedbrydningen af komplekse organiske forbindelser til simplere forbindelser. Disse reaktioner kaldes kataboliske, eller nedbrydende reaktioner. Kataboliske reaktioner er generelt hydrolytiske reaktioner (reaktioner som bruger vand og hvor kemiske bindinger brydes) og de er eksergoniske (producerer mere energi end de bruger). Et eksempel på katabolisme opstår, når celler nedbryder sukker til kuldioxid og vand.
Enzym-regulerede energikrævende anaboliske reaktioner, er for det meste involveret i opbygningen af komplekse organiske molekyler fra simplere molekyler. Disse reaktioner kaldes anabolske, eller biosyntetiske reaktioner. Anaboliske processer involverer ofte dehydreringssyntesereaktioner (reaktioner der frigiver vand) og de er endogoniske (forbruger mere energi end de frigiver). Eksempler på anabolske processer, er dannelsen af proteiner fra aminosyrer, nukleinsyrer fra nukleotider og polysaccharider fra simple sukkerarter. Disse biosyntetiske reaktioner genererer materialer til cellevækst.
Kataboliske reaktioner giver byggesten for anabolske reaktioner og giver den nødvendige energi til at drive de anabolske reaktioner. Denne kobling af energikrævende og energifrigivende reaktioner, bliver gjort mulig gennem molekylet adenosintriphosphat (ATP). ATP oplagrer energi fra kataboliske reaktioner og frigiver de senere for at drive anaboliske reaktioner og udføre andre cellulære arbejder. Et molekule af ATP består af et adeninmolekyler, et ribosemolekyle og tre phosphatgrupper. Når den terminale phosphatgruppe skilles fra ATP, dannes adenosindiphosphat (ADP) og der frigives energi der kan drive anabolske reaktioner vi vil bruge symbolet 
i teksten for at repræsentere en phosphatgruppe (
repræsenterer uorganisk phosphat, der ikke er bundet til noget andet molekyle). Vi kan skrive denne reaktion som følger:
Derefter anvendes energi fra kataboliske reaktioner til at kombinere ADP og til at resyntetisere ATP:
Således kan anabolske reaktioner kobles til nedbrydning af ATP og kataboliske reaktioner kobles til syntesen af ATP. Dette koncept af koblede reaktioner er meget vigtigt; vi vil vise hvorfor, sidst i denne del. For nu er det nok at vide, at den kemiske sammensætning i en levende celle er i konstant forandring: nogle molekyler nedbrydes, mens andre bliver syntetiseret. Dette jævne flow af kemikalier og energi opretholder livet for en celle.
ATPs rolle i koblingen mellem anabolske og katabolske reaktioner er vist i figur 4.1.1. Kun en del af den energi der frigives ved katabolisme, er faktisk til rådighed for cellulære funktioner, fordi en del af energien går tabt til omgivelserne i form af varme. Fordi cellen skal bruge energi for at opretholde livet, har den et permanent behov for nye eksterne energikilder.
Før vi kigger på hvordan celler producerer energi, så lad os først kigge på de vigtigste egenskaber for en gruppe af proteiner involveret i næsten alle biologisk vigtige kemiske reaktioner: enzymer. En celles metaboliske reaktionsveje (sekvenser af kemiske reaktioner) er bestemt af dens enzymer, som igen er bestemt af cellens genetiske sammensætning.