De levensfunctie die voornamelijk betrokken is bij de omzetting van in energie opgeslagen organische moleculen naar een vorm die direct door de cel kan worden gebruikt, is cellulaire ademhaling. Cellulaire ademhaling is het proces waarbij cellen organische moleculen, zoals glucose, afbreken tot eenvoudigere moleculen, zoals koolstofdioxide en water, en daarbij bruikbare energie genereren in de vorm van ATP (adenosinetrifosfaat). ATP is de universele energievaluta van de cel en wordt gebruikt om verschillende cellulaire processen van brandstof te voorzien. Cellulaire ademhaling vindt plaats in de mitochondriën van de cel en omvat een reeks complexe biochemische reacties. Het proces kan als volgt worden samengevat:

Glycolyse: In het cytoplasma wordt glucose afgebroken tot twee pyruvaatmoleculen, waarbij een kleine hoeveelheid ATP vrijkomt.

Pyruvaatoxidatie: Pyruvaat uit de glycolyse wordt naar de mitochondriën getransporteerd, waar het verder wordt afgebroken en omgezet in Acetyl CoA.

Citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus): Acetyl CoA komt terecht in de citroenzuurcyclus, een reeks chemische reacties die resulteren in de afgifte van kooldioxide, de productie van ATP, NADH (nicotinamide-adenine-dinucleotide) en FADH2 (flavine-adenine-dinucleotide).

Elektronentransportketen: NADH en FADH2 uit de citroenzuurcyclus transporteren hoogenergetische elektronen naar de elektronentransportketen, een reeks eiwitcomplexen in het binnenste mitochondriale membraan. Terwijl de elektronen door de complexen gaan, wordt hun energie gebruikt om waterstofionen door het membraan te pompen, waardoor een protongradiënt ontstaat.

Oxidatieve fosforylering: De protonengradiënt gecreëerd door de elektronentransportketen genereert een stroom waterstofionen terug naar de mitochondriale matrix via een structuur die ATP-synthase wordt genoemd. Deze stroom drijft de synthese van ATP uit ADP (adenosinedifosfaat) aan.

Door deze processen zet cellulaire ademhaling de energie die is opgeslagen in organische moleculen, zoals glucose, om in de direct bruikbare vorm van ATP. ATP wordt vervolgens door de cel gebruikt om verschillende energieverslindende processen aan te drijven, waaronder spiercontractie, zenuwtransmissie, eiwitsynthese en actief transport van moleculen door membranen.