Solujen aineenvaihdunta on yleinen termi, joka kattaa kaikki kemialliset reaktiot, jotka muuntavat energiaa tai käyttävät energiaa solun sisällä. Ihmisen ja monien muiden monisoluisten organismien solut käyttävät aerobista hengitysprosessia ruoan muuntamiseksi energiaksi. Kasvit ja jotkut mikro-organismit suorittavat fotosynteesiprosessin. Muut organismit käyttävät anaerobista hengitystä tai käymistä, solujen aineenvaihdunnan tyyppejä, jotka eivät vaadi happea.
Solujen aineenvaihdunnassa esiintyy kahdenlaisia kemiallisia reaktioita, katabolisia reaktioita ja anabolisia reaktioita. Kataboliset reaktiot tuottavat energiaa solun käyttöön, kun taas anaboliset reaktiot vaativat energiaa molekyylien luomiseen, jotka ovat välttämättömiä solun toiminnan jatkumiselle. Solut varastoivat energiaa adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodossa, joka syntyy katabolisissa reaktioissa ja jota anaboliset reaktiot käyttävät.
Aerobinen hengitys hajottaa orgaanisia hiilen lähteitä, kuten hiilihydraatteja, proteiineja ja rasvoja. Ensinnäkin glykolyysiprosessi hajottaa glukoosimolekyylin – sokerin, jossa on kuusi hiiliatomia – kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi, kahdeksi molekyyliksi pelkistettyä nikotiiniamidiadeniinidinukleotidia (NADH) ja kahdeksi ATP-molekyyliksi. Krebin sykli, jota kutsutaan myös sitruunahapposykliksi (CAC) tai trikarboksyylihapposykliksi (TCA), hajottaa edelleen glykolyysin aikana syntyneen pyruvaatin hiilidioksidiksi ja vedeksi, jolloin syntyy kaksi ATP-molekyyliä lisää prosessissa. Elektronikuljetusketjuksi kutsuttu mekanismi siirtää vetyatomeja NADH:sta happeen. Tämä siirto vapauttaa energiaa, jota käytetään luomaan 34 lisää ATP-molekyyliä.
Glykolyysi ja Krebin kierto tapahtuvat samalla tavalla anaerobisessa hengityksessä kuin aerobisessa hengituksessa. Elektronien kuljetusketjussa kuitenkin käytetään epäorgaanisia molekyylejä – molekyylejä, jotka eivät sisällä hiiltä – elektronin vastaanottajina hapen sijasta. Käytettävän epäorgaanisen molekyylin tyyppi riippuu organismista. Esimerkiksi jotkut organismit käyttävät rikkiä sisältäviä yhdisteitä ja jotkut typpeä sisältäviä yhdisteitä. Anaerobinen hengitys tuottaa yhteensä 36 ATP-molekyyliä, kun taas aerobinen hengitys tuottaa 38 molekyyliä.
Fermentaatio on toinen anaerobisen aineenvaihdunnan muoto, mutta toisin kuin anaerobinen hengitys, siihen ei liity elektroninkuljetusketjua tai Krebin kiertokulkua. Glykolyysi hajottaa orgaanisia molekyylejä energian tuottamiseksi. Koska glykolyysi on ainoa fermentaatiossa tapahtuva reaktio, se tuottaa vain kaksi ATP-molekyyliä glukoosimolekyyliä kohden.
Kasvit ja jotkin mikro-organismit, jotka kaikki luokitellaan fotoautotrofeiksi, saavat energiansa solujen aineenvaihdunnan muodosta, jota kutsutaan fotosynteesiksi hengityksen sijaan. Fotoautotrofit saavat energiaa valosta ja muuttavat sen kemialliseksi energiaksi ATP:n muodossa. Sitten solut käyttävät ATP:tä muuttamaan hiilidioksidia glukoosiksi ja muiksi ravintoaineiksi, joita organismi tarvitsee.