Het metabolisme van suiker (een enkelvoudig koolhydraat) is een klassiek voorbeeld van de vele cellulaire processen die energie gebruiken en produceren. Levende wezens gebruiken suiker als een belangrijke energiebron, omdat suikermoleculen een grote hoeveelheid energie in hun bindingen hebben opgeslagen. De afbraak van glucose, een enkelvoudige suiker, wordt beschreven door de vergelijking:
Koolhydraten die worden geconsumeerd, vinden hun oorsprong in fotosynthetiserende organismen zoals planten (figuur). Tijdens de fotosynthese gebruiken planten de energie van het zonlicht om kooldioxidegas (CO2) om te zetten in suikermoleculen, zoals glucose (C6H12O6). Omdat bij dit proces een groter, energie-opslagmolecuul wordt gesynthetiseerd, is er energie voor nodig. De synthese van glucose wordt beschreven door deze vergelijking (merk op dat het het omgekeerde is van de vorige vergelijking):
Tijdens de chemische reacties van de fotosynthese wordt energie geleverd in de vorm van een zeer energierijke molecule die ATP wordt genoemd, of adenosinetrifosfaat, en die de belangrijkste energievaluta van alle cellen is. Net zoals de dollar wordt gebruikt als betaalmiddel om goederen te kopen, gebruiken cellen moleculen van ATP als energievaluta om onmiddellijk werk te verrichten. De suiker (glucose) wordt opgeslagen als zetmeel of glycogeen. Energie-opslag polymeren zoals deze worden afgebroken tot glucose om moleculen van ATP te leveren.
Zonne-energie is nodig om een molecuul glucose te synthetiseren tijdens de reacties van fotosynthese. Bij de fotosynthese wordt lichtenergie van de zon aanvankelijk omgezet in chemische energie die tijdelijk wordt opgeslagen in de energiedragermoleculen ATP en NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide fosfaat). De opgeslagen energie in ATP en NADPH wordt later in de fotosynthese gebruikt om uit zes moleculen CO2 één molecuul glucose te maken. Dit proces is vergelijkbaar met ’s morgens ontbijten om energie voor je lichaam te verkrijgen die later op de dag kan worden gebruikt. Onder ideale omstandigheden is er energie van 18 moleculen ATP nodig om één molecuul glucose te synthetiseren tijdens de reacties van de fotosynthese. Glucosemoleculen kunnen ook worden gecombineerd met en omgezet in andere soorten suikers. Wanneer suikers worden verbruikt, vinden glucosemoleculen uiteindelijk hun weg naar elke levende cel van het organisme. In de cel wordt elke suikermolecule door middel van een complexe reeks chemische reacties afgebroken. Het doel van deze reacties is de energie te oogsten die in de suikermoleculen is opgeslagen. De geoogste energie wordt gebruikt om hoogenergetische ATP-moleculen te maken, die kunnen worden gebruikt om arbeid te verrichten en vele chemische reacties in de cel aan te drijven. De hoeveelheid energie die nodig is om één molecuul glucose te maken uit zes moleculen kooldioxide is 18 moleculen ATP en 12 moleculen NADPH (die elk energetisch equivalent zijn aan drie moleculen ATP), of een totaal van 54 molecuurequivalenten die nodig zijn voor de synthese van één molecuul glucose. Dit proces is een fundamentele en efficiënte manier voor cellen om de moleculaire energie te genereren die zij nodig hebben.
