结构生物化学/细胞能量转换
细胞在其微小的包裹中管理着广泛的功能 - 生长、移动、家务等等 - 而且大多数这些功能都需要能量。细胞营养物质以多种形式存在，包括糖类和脂肪。为了为细胞提供能量，这些分子必须穿过细胞膜，细胞膜充当屏障 - 但并非不可逾越的屏障。就像房子的外墙一样，质膜是半透性的。就像门窗允许必需品进入房屋一样，跨越细胞膜的各种蛋白质允许特定分子进入细胞，尽管它们可能需要一些能量输入才能完成这项任务。
糖类、脂肪和蛋白质等复杂的有机食物分子是细胞的丰富能量来源，因为形成这些分子的能量大部分被真正存储在将它们结合在一起的化学键中。科学家可以使用称为弹式量热计的设备来测量储存在食物中的能量量。使用这种技术，食物被放置在量热计内并加热直至燃烧。反应释放的过量热量与食物中所含的能量量成正比。
当然，实际上，细胞的工作方式与量热计并不完全相同。细胞不是在一个大的反应中燃烧所有能量，而是通过一系列氧化反应释放储存在食物分子中的能量。氧化描述一种化学反应类型，其中电子从一个分子转移到另一个分子，改变了供体和受体分子的组成和能量含量。食物分子充当电子供体。在食物分解中涉及的每个氧化反应中，反应产物的能量含量低于反应途径中之前的供体分子。同时，电子受体分子捕获从食物分子在每个氧化反应中损失的一些能量，并将其存储起来供以后使用。最终，当来自复杂有机食物分子的碳原子在反应链的末端被完全氧化时，它们会以二氧化碳的形式作为废物释放。
细胞不会立即使用氧化反应产生的能量。相反，它们将其转化为 ATP 和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH) 等能量丰富的分子，这些分子可以在整个细胞中使用来为代谢供能并构建新的细胞成分。此外，称为酶的“工作马”蛋白质利用这种化学能量来催化或加速细胞内的化学反应，否则这些反应将进行得非常缓慢。酶不会迫使反应进行，如果在没有催化剂的情况下它不会进行，它们只是降低了反应开始所需的能量屏障。