Обговоримо насамперед процеси запасання, вивільнення і використання енергії. Хімічна енергія органічних сполук - перетворена форма сонячної енергії - укладена в структурі хімічних зв'язків цих сполук. При розриві зв'язків, зазвичай в процесі окислення, енергія вивільняється. Коли який-небудь органічний матеріал, наприклад деревина, згорає (окислюється), вся міститься в ньому енергія вивільняється цілком, головним чином у вигляді тепла. У рослині таке одночасне вивільнення великої кількості енергії було б, очевидно, марним, оскільки її не можна було б використовувати в упорядкованих, багатоступеневих конструктивних процесах. Живим організмам вдається використовувати енергію хімічних зв'язків завдяки тому, що окислення складається у них з ряду етапів, так що енергія вивільняється невеликими порціями, які і можуть тут же витрачатися в якихось інших процесах. Вивільнити енергію йде на утворення нових багатих енергією хімічних зв'язків, часто у формі АТР ( «енергетичної валюти клітини), про що ми вже говорили раніше.
Одну з головних форм такого поступового окислення становить процес перенесення електронів, що протікає в мітохондріях. При цьому процесі електрони переміщаються по ланцюгу перенесення електронів, т. Е. Переходять від одного переносника до іншого, з кожним разом на дещо нижчий енергетичний рівень. Переміщаючись подібним чином «вниз» від частково відновленого з'єднання (вуглеводу) до тієї точки, де вони врешті-решт з'єднуються з киснем, електрони на кожному етапі віддають якусь частину своєї енергії, певна частка якої вловлюється у вигляді АТР. При фотосинтезі діють два ланцюги перенесення електронів: одна - для циклічного фото-фосфорилювання, здійснюваного фотосистемою I, і інша - для нециклічного фотофосфо-рілірованія, що зв'язує фотосистеми II і I. Обидві ці системи постачають АТР, а фотосистема II - ще і відновну силу ( NADPH) для фіксації СО2 і для відновлення її до рівня вуглеводу. В інших же клітинних реакціях використовується АТР, що утворюється переважно в процесі окисного фосфорилювання. Окислювальне фосфорилювання пов'язане з процесом дихання і здійснюється за допомогою іншої ланцюга перенесення електронів, яку ми також коротко розглянемо.
Поступово, т. Е. В кілька етапів, повинен відбуватися не тільки розпад органічних молекул (бо це необхідна умова ефективного запасання і використання енергії), але і синтез складних сполук - білків, нуклеїнових кислот, ліпідів або полісахаридів. Коли з простих молекул будуються більші, цим простим молекулам нерідко потрібна активація; іншими словами, їм повинно бути повідомлено достатню кількість енергії для того, щоб реакція могла завершитися. Внаслідок цього синтез того чи іншого з'єднання часто протікає більш складним шляхом, ніж його розпад.