El metabolisme agrupa les funcions vitals de la nutrició, o incorporació de les primeres matèries o metabòlits, la respiració , que possibilita l’oxidació total o parcial d’aqueixes substàncies i produeix energia química, i la síntesi , a partir de l’energia, de les molècules estructurals, les quals són els components plàstics de la matèria viva. La biosfera funciona com un sistema dins el qual es produeixen canvis cíclics de les substàncies, originats per l’acció de l’energia solar rebuda directament dels raigs lluminosos o indirectament de les radiacions solars emmagatzemades en substàncies inertes (carbó, gasos naturals, petroli, etc), per la qual cosa tots els ecosistemes són tancats per a la matèria i oberts per a l’energia que, en darrer terme, es dissipa per l’ambient en forma de radiacions d’ona llarga no aprofitables pels éssers vius (energia calorífica). Per consegüent, el metabolisme total de la biosfera s’impulsa mitjançant l’acció dels productors primaris autotròfics (fotosintètics i quimiosintètics), únics éssers capaços d’assimilar l’energia solar; aquests organismes, a partir de metabòlits exclusivament minerals i consumint tan sols energia solar, sintetitzen llurs substàncies energètiques (glúcids i lípids) i substàncies plàstiques (pròtids). Els altres éssers vius es nodreixen de productors primaris (éssers fitòfags) o bé d’aquests darrers (éssers depredadors). Amb l’existència d’aquestes cadenes alimentàries (productors primaris fitòfag depredadors ) l’energia solar va passant, en forma de biomassa, per totes les baules representades pels organismes biològics. A cadascun dels nivells tròfics anomenats existeix una pèrdua d’energia, de manera que, en valor mitjà, el flux energètic que des d’un nivell arriba a l’altre és, aproximadament, la desena part del que arribà a ell. Totes les vies metabòliques de degradació de substàncies catabolisme s’ajunten en uns processos, comuns a la immensa majoria dels éssers vius, que formen part del metabolisme intermedi.
Els inicis de les vies catabòliques es produeixen en la fotosíntesi o en la quimiosíntesi (productors primaris) o en l’aliment orgànic ingerit (fitòfags i depredadors). Les reaccions químiques que s’esdevenen tot seguit són regulades per la secreció endocrina o hormonal escaient i per les concentracions dels productes inicials i finals de les mateixes reaccions. Els glúcids de reserva o d’alimentació solen ésser del tipus dels polisacàrids (midó, glicogen, paramil, inulina, etc). Aquestes substàncies, per l’acció dels enzims hidrolítics (glucosidases), que incorporen aigua i trenquen els enllaços glucosídics de polimerització, es converteixen en monosacàrids de petita massa molecular i fàcilment solubles. Aleshores actuen els enzims específics de la interconversió de sucres (quinases, isomerases, epimerases, aldolases, transaldolases, transcetolases, descarboxilases, etc) i en resulta una molècula de glucosa (èster fosfòric activat) que suporta el procés de la glucòlisi. Aquest comporta una doble activació, una isomerització i l’obtenció de dues molècules de triosafosfat (aldehid fosfoglicèric i fosfat de dihidroxicetona), les quals, per oxidació, es transformen en àcid fosfoglicèric, que passa a àcid fosfoenolpirúvic i finalment a àcid pirúvic. Fins a l’obtenció d’aquesta molècula el procés transcorre de la mateixa manera tant aeròbicament com anaeròbicament. Si hi ha oxigen en el medi ambient immediat (éssers aeròbics) l’àcid pirúvic es descarboxila oxidativament i dóna diòxid de carboni, energia i àcid acètic activat (acetilcoenzimA). Si no existeix oxigen (éssers anaeròbics) l’àcid pirúvic es redueix per a reoxidar el coenzim reduït en la formació d’àcid fosfoglicèrid i hom obté energia (en quantitat menor que per la via aeròbia) i els productes típics de fermentació (aigua, diòxid de carboni, àcids làctic, butíric i acètic, alcohols, etc), variables segons els organismes. Els lípids, per l’acció de les lipases, es desfan en glicerina i àcids grassos. La glicerina pot oxidar-se i convertir-se en dihidroxiacetona que, per la via glucolítica abans esmentada, origina acetilcoenzimA, diòxid de carboni i energia. Els àcids grassos passen per un procés, anomenat β-oxidació, que produeix tantes molècules d’acetilcoenzimA com parells d’àtoms de carboni té l’àcid en qüestió. Per l’acció de les peptidases els pròtids es despolimeritzen a aminoàcids. Aquestes substàncies originen, per desaminació reductora, àcids orgànics i amoníac. Aquells, per β-oxidació, poden donar acetilcoenzim A, i l’amoníac s’excreta sense cap modificació (éssers amonitèlics) o bé transformat en urea (éssers ureotèlics) o en àcid úric (éssers uricotèlics). Els aminoàcids poden desaminar-se de manera oxidativa i originar amoníac i α-cetoàcids, que són peces clau del metabolisme intermediari. Els tres grups de principis immediats (glúcids, lípids i pròtids) originen, en darrer extrem, àcid acètic actiu. Aquest és fonamental, puix que per reversió dels processos fins ara descrits pot donar lloc a les substàncies que formen l’estructura de l’ésser viu i, a més, l’acetilcoenzimA pot oxidar-se totalment mitjançant el cicle del citrat i les cadenes respiratòries i originar aigua, diòxid de carboni i energia química, que s’acumula en forma d’ATP i es gasta posteriorment en totes les reaccions endergòniques.
El cicle del citrat ( cicle de Krebs ) s’inicia amb l’acetilcoenzim A, que és acceptat per l’àcid oxalacètic i s’origina àcid cítric, que després d’isomeritzar-se passa a isocítric. Aquest s’oxida a oxalsuccínic, el qual es descarboxila i forma α-cetoglutàric que, per descarboxilació oxidativa, dóna succinil-coenzimA. Aquest àcid, activat, desprèn energia, es converteix en succínic i després de passar a fumàric i a màlic regenera l’oxalacètic. Cada cop que té lloc una oxidació, l’enzim que és reduït torna a ésser oxidat per les cadenes respiratòries amb despesa d’oxigen i formació d’energia. En definitiva, qualsevol substrat es converteix per catabolisme en aigua, diòxid de carboni i energia, i, inversament, l’energia, l’aigua i el diòxid de carboni poden produir per anabolisme qualsevol substància viva. En l’estudi dels processos metabòlics, hom utilitza alhora tècniques pròpies de la bioquímica estructural, de la biologia molecular i de la fisiologia per tal de determinar els fluxos dels composts orgànics que segueixen vies cap al catabolisme —energètic i subministrador d’elements simples per a la síntesi— o cap a l’anabolisme — sintetitzador de la matèria pròpia de l’organisme—. Gràcies al desenvolupament de tècniques precises, molt especialment l’ús de tècniques radioisotòpiques, hom ha avançat molt en el coneixement de les vies metabòliques generals, tant les del metabolisme intermediari , incloent el funcionament dels sistemes de transport, la fosforilació oxidativa i la fotosíntesi, com les del metabolisme glucídic, del metabolisme lipídic i del metabolisme dels aminoàcids . Hom troba encara moltes llacunes en aspectes importants del metabolisme propi de vegetals i mocroorganismes, així com en vies fonamentals per a tots els organismes, com és la degradació i recanvi de proteïnes, tot i que llur síntesi és estudiada per la biologia molecular .
Malgrat la gran part del metabolisme que actualment és coneguda, encara queda una part enorme per a ésser investigada i compresa, especialment el que pertoca al metabolisme secundari , que permet la síntesi i degradació minoritària de composts necessaris com a complements per a les gras vies, materials de defensa, etc. L’establiment dels mecanismes reguladors dels principals sistemes metabòlics és una qüestió que avui presenta un gran interès. Així, a més dels mecanismes de regulació més immediata (processos d’expressió enzimàtica, facultats d’al·losteria, etc), hom troba mecanismes de modificació del recanvi d’enzims i d’acció de les hormones, i d’altres agents reguladors modulats per les hormones com l’AMP cíclic i els nivells de calci, o per les prostaglandines. Una altra àrea d’estudi de la regulació metabòlica és la de la compartimentació dels enzims i substrats tant a nivell cel·lular com de l’organisme complet, amb complexes relacions entre òrgans i entre compartiments. Hom anomena metabolisme basal el mínim d’energia necessari per al manteniment de les funcions dels éssers vius; aquesta quantitat és variable segons l’organisme, el sexe, l’edat, etc. En l’home oscil·la entre 1.000 i 2.000 calories per dia. A més d’aquesta aportació mínima basal, hom ha d’afegir la del metabolisme d’activitat , que depèn del treball o l’activitat, de manera que les necessitats energètiques oscil·len entre 2.500 i 3.500 calories per dia. Hom obté aquesta aportació calòrica per mitjà de glúcids i lípids, però cal també un mínim proteínic que forneixi els aminoàcids imprescindibles per a les síntesis plàstiques de l’organisme. Aquest mínim sol ésser d’uns 40 g de proteïna pura per dia, que equivalen a 100 g d’aliment proteínic.