Metabolizm cukru (prostego węglowodanu) jest klasycznym przykładem wielu procesów komórkowych, które wykorzystują i produkują energię. Istoty żywe spożywają cukier jako główne źródło energii, ponieważ cząsteczki cukru mają dużą ilość energii zmagazynowanej w swoich wiązaniach. Rozkład glukozy, cukru prostego, jest opisany równaniem:
Węglowodany, które są spożywane, mają swoje początki w organizmach fotosyntetyzujących, takich jak rośliny (rysunek). Podczas fotosyntezy rośliny wykorzystują energię światła słonecznego do przekształcenia gazowego dwutlenku węgla (CO2) w cząsteczki cukru, takie jak glukoza (C6H12O6). Ponieważ proces ten obejmuje syntezę większej cząsteczki magazynującej energię, do jego przebiegu niezbędny jest wkład energii. Syntezę glukozy opisuje poniższe równanie (zauważ, że jest ono odwrotnością poprzedniego równania):
Podczas reakcji chemicznych fotosyntezy energia jest dostarczana w postaci bardzo wysokoenergetycznej cząsteczki zwanej ATP, czyli adenozynotrójfosforanu, który jest podstawową walutą energetyczną wszystkich komórek. Podobnie jak dolar jest używany jako waluta do kupowania towarów, komórki używają cząsteczek ATP jako waluty energetycznej do wykonywania natychmiastowej pracy. Cukier (glukoza) jest przechowywany w postaci skrobi lub glikogenu. Polimery przechowujące energię, takie jak te, są rozbijane na glukozę, aby dostarczyć cząsteczki ATP.
Energia słoneczna jest wymagana do syntezy cząsteczki glukozy podczas reakcji fotosyntezy. W fotosyntezie energia świetlna ze słońca jest początkowo przekształcana w energię chemiczną, która jest czasowo przechowywana w cząsteczkach nośników energii ATP i NADPH (fosforan dinukleotydu nikotynamido-adeninowego). Energia zmagazynowana w ATP i NADPH jest później wykorzystywana w fotosyntezie do budowy jednej cząsteczki glukozy z sześciu cząsteczek CO2. Proces ten jest analogiczny do porannego jedzenia śniadania w celu pozyskania energii dla organizmu, która może być wykorzystana w dalszej części dnia. W idealnych warunkach do syntezy jednej cząsteczki glukozy podczas reakcji fotosyntezy potrzebna jest energia pochodząca z 18 cząsteczek ATP. Cząsteczki glukozy mogą być również łączone z innymi rodzajami cukrów i przekształcane w nie. Kiedy cukry są spożywane, cząsteczki glukozy ostatecznie dostają się do każdej żywej komórki organizmu. Wewnątrz komórki każda cząsteczka cukru jest rozkładana w wyniku skomplikowanej serii reakcji chemicznych. Celem tych reakcji jest pozyskanie energii zmagazynowanej w cząsteczkach cukru. Zebrana energia jest wykorzystywana do wytworzenia wysokoenergetycznych cząsteczek ATP, które mogą być użyte do wykonania pracy, napędzając wiele reakcji chemicznych w komórce. Ilość energii potrzebna do wytworzenia jednej cząsteczki glukozy z sześciu cząsteczek dwutlenku węgla to 18 cząsteczek ATP i 12 cząsteczek NADPH (każda z nich jest energetycznie równoważna trzem cząsteczkom ATP), czyli w sumie 54 równoważniki cząsteczek potrzebne do syntezy jednej cząsteczki glukozy. Proces ten jest podstawowym i wydajnym sposobem generowania przez komórki energii molekularnej, której potrzebują.
.