Wszystkie niemal pierwiastki podlegają w przyrodzie obiegowi, jeżeli tylko biorą udział w zjawiskach biologicznych. Dotyczy to nie tylko węgla, azotu, tlenu i siarki, lecz również - choć z pewnymi ograniczeniami metali o jonów metali. Nie w każdym przypadku obieg ten jest oczywisty, ale każdy udział w przemianie metabolicznej organizmu żywego powoduje zmiany, które po pewnym czasie muszą być ponownie odtwarzane. Wskutek tego wszystkiego organizmy żywe na ziemi tworzą jedną całość, w której każdemu gatunkowi przypada w udziale określony, często swoisty odcinek przemiany materii. Równolegle do tego istnieje wiele podstawowych reakcji przebiegających we wszystkich organizmach jednakowo, tak że podział pracy w obiegu pierwiastków nie pozostaje w sprzeczności z jednolitym charakterem procesów życiowych.

Organizmy musiały dostosować się do użytkowania występujących w otoczeniu substancji, co spowodowało powstanie wielu swoistych umiejętności metabolicznych, które przyczyniają się do właściwego krążenia pierwiastków w przyrodzie. Poza fotosynteza zasadniczo wszystkie reakcje zachodzą w ustrojach żywych. Oznacza to, że np. Również zwierzęta mogą wiązać i rozbudowywać dwutlenek węgla. Do tego procesu jest jednak konieczne dostarczenie energii chemicznej.

Metabolizm cukrowców:

Cukrowce przyjmowane przez zwierzęta i człowieka wraz z pożywieniem służą przede wszystkim jako źródło energii bądź też magazynowane są jako substancje zapasowe. Tylko niewielka ich ilość tworzy w organizmach zwierząt i człowieka struktury i substancje podporowe. U mikroorganizmów i roślin udział związków o charakterze cukrowców w strukturach podporowych jest znacznie większy. Rozkład cukrowców z wydzielaniem energii rozpoczyna się zawsze od glukozy i prowadzi zależnie od rodzaju ustroju żywego i od obecności tlenu, do różnych produktów końcowych, z których najważniejsze są: 

  • kwas pirogronowy
  • kwas mlekowy
  • etanol

Większość innych cukrów przyjętych z pożywieniem musi być uprzednio przekształcona w glukozę, która powstaje z laktozy, w glikozę wymaga zasadniczo tylko jednej zmiany położenia grupy OH przy atomie C4. Chemicy nazywają ten rodzaj przekształcenia epimeryzacją; następuje ona w cukrze aktywowanym przy atomie C1. Fruktoza która różni się od glukozy położeniem podstawników przy dwóch atomach węgla może być w komórce przekształcona w glukozę na drodze odwracalnej redukcji poprzez sorbitol - alkohol sześciowodorotlenowy . Jest to proces odwracalny i służy w komórce roślinnej do syntezy fruktozy. Rozkład glukozy dla dostarczenia energii zachodzi głównie według schematu przekształceń zwanego często od nazwiska odkrywców, dwóch niemieckich biochemików, szlakiem Embdena-Meyerhofa. Przebiega on w prawie wszystkich organizmach żywych w ten sam sposób aż do kwasu pirogronowego, dopiero w dalszych etapach występują swoiste modyfikacje, których charakter zależy przede wszystkim od obecności tlenu. Rozkład ten ma trzy cechy charakterystyczne . Po pierwsze po dwukrotnej aktywacji przez ATP heksoza (glukoza lub fruktoza) zostaje rozłożona na dwa trójwęglowe wiązki, z których tylko aldehyd 3-fosfoglicerynowy ulega dalszemu przekształceniu. Po drugie podczas tego rozkładu powstaje - bez utleniania wodoru do wody - ATP; dwie cząsteczki ATP tworzą się podczas przejścia kwasu dwu-p-glicerynowego w kwas P-glicerynowy, a dwie cząsteczki ATP powstają przy przejściu kwasu p-enolopirogronowego do kwasu pirogronowego. W sumie powstają na tej drodze cztery cząsteczki ATP (poza łańcuchem oddechowym), z czego jednak dwie cząsteczki zużywane są ponownie do aktywacji glukozy.

Po trzecie, drogę tę kończy utlenianie, które wyraża się w utworzeniu NADH2, wodór z tego połączenia może być utleniony w łańcuchu oddechowym do wody. Pociąga to za sobą konieczność dostępu tlenu. W pracujących mięśniach zapotrzebowanie na tlen nie jest jednak zapewnione, a niektóre mikroorganizmy mogą rozkładać glukozę nawet całkowicie beztlenowo. W mięśniach wodór użytkowany jest do tworzenia mleczanu, a u drożdży - etanolu.

Beztlenowy rozkład węglowodanów określa się terminem fermentacji, w mięśniach występuje więc fermentacja mlekowa (glikoliza), a w komórkach drożdży fermentacja alkoholowa. Obydwa procesy zachodzą w cytoplazmie poza organellami; mitochondria nie biorą bezpośredniego udziału w fermentacji. U drożdży następuje odszczepienie dwutlenku węgla po aktywacji kwasu pirogronowego. Tego rodzaju proces nazywamy dekarboksylacją. Występuje on również w przypadku innych kwasów. Jest to w ogóle droga powstawania dwutlenku węgla w komórce. Dwutlenek węgla powstaje więc na drodze biologicznej, nie wskutek bezpośredniego utlenienia węgla, lecz zawsze przez dekarboksylację kwasów organicznych . Powstaje w komórkach drożdży po odszczepieniu CO2 aldehyd ulega przekształceniu w alkohol.

Należy wspomnieć, że zwłaszcza u mikroorganizmów (bakterii) często rozkład cukrów przebiega zupełnie inaczej i kończy się rzadko w świecie biologicznym występującymi kwasami organicznymi lub alkoholami.

Bezpośrednie utlenienie glukozy służy przede wszystkim do syntezy pentoz, które biorą udział w tworzeniu kwasów nukleinowych w komórce, jak również w syntezie NADH2, która jest szczególną substancją transportującą elektrony i znajdującą wszechstronne zastosowanie. Bierze udział głównie w biologicznym przyłączeniu wodoru, a w mniejszym stopniu przyczynia się do spalania w łańcuchu oddechowym. Przy bezpośrednim utlenianiu cząsteczka glukozy przekształca się w wyniku oddania 4 atomów wodoru na NADP i odszczepieniu CO2 - w cukier, zawierający 5 atomów C (w pentozę). Jeżeli bezpośrednio utlenianie glukozy zachodzi w celu syntezy NADPH2, jak to miejsce w gruczołach mlecznych w czasie produkcji mleka, to wzrasta ilość pentoz, które nie mają tu żadnego zastosowania, zostaje z powrotem przekształcona w glukozę bez zużywania przy tym NADPH2 (cykl pentozowy, ściślej - fosfopentozowy).

Metabolizm cukrów:

Dostarczenie z pożywieniem, rozłożone w jelicie i zresorbowane tłuszcze przedostają się po resyntezie z krwią do odpowiednich tkanek magazynujących tłuszcze (u zwierząt i u ludzi przede wszystkim pod skórą i w okolice brzucha) lub do tych organów i komórek, w których maja być rozłożone w celu uzyskania energii. Również w tkankach tłuszczowych tłuszcze podlegają ciągłej wymianie, są w stanie dynamicznym, dlatego też tkanka tłuszczowa nie jest tkanką martwą. Tłuszcze zalicza się do substratów o najwyższym cieple spalania, które jednak może być uzyskane tylko w obecności tlenu. Ważnym produktem końcowym rozkładu tłuszczów jest również acetylo-CoA. Zarówno więc rozkład glukozy jak i kwasów tłuszczowych kończy się tym samym produktem. Pochodzący z obydwu przemian metabolicznych acetylo-CoA tworzy w komórce jeden zapas. Rozpoczyna się dalsze spalanie tej substancji do CO2, ale tylko wtedy, jeżeli z glukozy powstał kwas pirogronowy, niezbędny do dalszego spalania acetylo-CoA. Jeżeli z jakichkolwiek względów nie powstaje kwas pirogronowy, np. W czasie głodu (całkowity brak glukozy) lub w organizmie chorych na cukrzycę (diabetyków), w których wprawdzie jest glukoza, ale zaburzone jest jej użytkowanie, wtedy komórka tworzy z acetylo-CoA pochodzącego z tłuszczów związki ketonowe. Rozkład ten polega w zasadzie na ciągłym utlenianiu trzeciego atomu C łańcucha tłuszczowego, które kończą się odszczepieniem acetylo-Co0A i określane jest dlatego często jako oksydacja kwasów tłuszczowych. Ponieważ w przyrodzie występują prawie wyłącznie kwasy tłuszczowe o parzystej liczbie atomów C, rozkład ten jest całkowity. Najczęściej występującymi w pożywieniu kwasami tłuszczowymi są kwasy polmitynowy (16 atomów C) i kwas stearynowy (18 atomów C), oczywiście występują również tłuszcze zawierające 8, 10, 12, 14 atomów C.. Kwasy tłuszczowe są dobrym substratem oddychania, stanowią źródło spalającego się wodoru. Teoretycznie możliwe jest dowolne przekształcenie się cukrowców w tłuszcze, a tłuszczów w cukrowce, ponieważ dają one taki sam produkt końcowy (acetylo-CoA).Na przekształceniu cukrowców w tłuszcze polega biochemiczny sens "tuczenia"; jest ono w zasadzie jednakowo możliwe u wszystkich organizmów. Przekształcenie tłuszczów w cukrowce natomiast nie może nastąpić w komórkach zwierzęcych ; rośliny i mikroorganizmy są zdolne do przeprowadzenia takiego procesu . Nasiona roślin zawierające olej muszą się przecież w czasie kiełkowania zadowolić samym tłuszcze4m i z niego syntetyzować celulozę kiełka.

Synteza kwasów tłuszczowych przebiega podobnie jak ich rozkład. Jednakże do syntezy potrzebne są inne koenzymy i enzymy.