新陈代谢是细胞和生物体内维持生命的全部化学反应的总和。这些反应转化营养物质，获取和利用能量，构建细胞组分，并分解物质以供回收利用或清除。新陈代谢既包括分解过程，也包括合成过程；这些过程并非孤立的反应，而是组织成相互联系的通路。新陈代谢为生长、繁殖、修复及维持稳态提供了化学基础，也是生物化学的核心研究内容。(openstax.org)
分解代谢与合成代谢
新陈代谢通常分为分解代谢和合成代谢。分解代谢通路将化合物分解为更简单的产物，往往会释放自由能，细胞则将其转化为可利用的形式。合成代谢通路利用较小的前体合成复杂化合物，通常需要能量和还原力。例如，糖和脂肪的分解，以及由氨基酸合成蛋白质，分别属于这两类过程。这些过程相互耦联：分解过程为生物合成提供能量和构建材料。(openstax.org)
代谢通路是由一系列反应组成的，其中某一步反应的产物成为另一步反应的底物。通路可以呈线性、分支状或循环状，其中的中间化合物称为代谢物。有些通路既参与分解，也参与生物合成，称为两用代谢通路。例如，柠檬酸循环既参与供能物质的氧化，又提供用于合成其他细胞物质的中间产物。因此，与其把新陈代谢看作两套彼此分离的反应，不如将其理解为一个共享中间产物的网络。(openstax.org)
酶与能量耦联
大多数代谢反应都由酶加速进行。酶是能够识别特定底物的生物催化剂，通过降低活化能势垒，使反应在细胞内的条件下快速发生。酶不会改变反应的平衡，也不能单凭自身使能量上不利的转化变得有利。反应方向取决于吉布斯自由能，其中也包括反应物和产物浓度的影响。(ncbi.nlm.nih.gov)
细胞通过将不利反应与有利反应耦联，来推动不利反应进行。三磷酸腺苷（ATP）是这种耦联中的主要中介。ATP水解可与生物合成、运动或跨膜运输相耦联，而释放能量的过程则利用ADP和磷酸重新生成ATP。有利的能量变化来自整个水解反应；单独断裂化学键本身需要消耗能量。NADH和NADPH等其他载体则在反应之间传递电子。NADH通常用于支持ATP的生成，而NADPH常为生物合成提供还原力。(ncbi.nlm.nih.gov)
核心代谢通路
糖酵解将一分子葡萄糖转化为两分子丙酮酸，净生成两分子ATP和两分子NADH。这一过程发生在细胞质基质中，不直接需要氧。在有氧代谢中，丙酮酸可转化为乙酰辅酶A，随后进入柠檬酸循环。脂肪酸的分解和部分氨基酸的降解也会汇入这一核心网络。(ncbi.nlm.nih.gov)
在有氧细胞呼吸过程中，来自还原态载体的电子沿电子传递链传递，最终将氧还原为水。电子传递在膜两侧建立起电化学梯度。ATP合酶利用这一梯度合成ATP，这一过程称为氧化磷酸化。在真核生物的细胞中，这些反应发生在线粒体内膜上；在进行呼吸作用的原核生物中，则发生在质膜上。(ncbi.nlm.nih.gov)
发酵提供了另一种再生氧化态电子载体的方式，使糖酵解在没有呼吸电子传递链的情况下也能继续进行。其产物因生物种类和通路而异，包括乳酸或乙醇。无氧呼吸与发酵不同：它利用电子传递链，但以氧以外的物质作为末端电子受体。核心代谢通路还提供合成糖类、脂质、氨基酸和核苷酸所需的前体。(ncbi.nlm.nih.gov)
调控与区室化
代谢活动随营养物质的可获得性、能量需求和环境条件而变化。快速调控通过底物供应、调节分子与酶的结合，以及酶的化学修饰来实现。在反馈抑制中，某条通路的产物会抑制该通路中较早的一步反应，从而限制产物的进一步生成。较长期的调整则涉及基因表达的变化，进而改变酶和转运蛋白的数量。(openstax.org)
区室化有助于将反应彼此分隔，并控制代谢物的移动。例如，糖酵解和线粒体内的氧化过程位于细胞中的不同部位，通过转运系统相互联系。在多细胞生物中，信号协调不同组织之间的代谢。胰岛素促进营养物质的利用和储存，而胰高血糖素则通过糖原分解、糖异生等途径促进肝脏生成葡萄糖。这种协调使不同器官能够共同维持血液中供能物质的供应。(ncbi.nlm.nih.gov)
代谢多样性
不同生物的能量来源、碳源和电子来源各不相同。光能营养生物从光中获取能量，而化能营养生物从化学反应中获取能量。自养生物利用无机碳，通常是二氧化碳，构建有机化合物；异养生物则从有机物中获取碳。这些分类描述的是不同的属性：利用光能并不一定意味着以二氧化碳为碳源。(openstax.org)
光合作用是光驱动代谢的一个例子，而各种微生物则通过氧化有机或无机化合物获取能量。有些生物能随条件变化而切换代谢方式。尽管代谢方式多种多样，许多生物仍共享核心通路和分子载体，这反映了重要生物化学机制在不同进化谱系中的保守性。(openstax.org)
研究与测量
研究新陈代谢的方法包括酶活性测定、底物消耗量与产物生成量的测量，以及细胞代谢物分析。代谢组学通过同时研究多种代谢物，表征生物化学状态及其对遗传或环境变化的响应。所用技术包括质谱法和核磁共振波谱法。代谢物含量与反应速率是不同的量：浓度测量描述的是某一物质库中的物质含量，而代谢通量描述的是物质随时间流经各反应的速率。(ebi.ac.uk)