Vsakokrat kadar jemo hrano izkoriščamo sončno energijo. Rastline, alge in nekatere bakterije absorbirajo fotone sončne energije in v procesu fotosinteze pretvarjajo sončno energijo v kemično, ki se shranjuje v molekulah sladkorjev. Ne samo ogljikovi hidrati, kot so včasih mislili, tudi amino kisline, beljakovine, maščobe, pigmenti in druge organske molekule nastajajo med fotosintezo. Za to rastline in alge potrebujejo tudi druge elemente, ki jih dobijo iz mineralov v zemlji. Organizme, ki si sami lahko izdelajo hrano za življenje, imenujemo avtotrofi. Vsi ostali živi organizmi na Zemlji, v prvi vrsti vse živali, vse gljive in večina bakterij, pa smo odvisni od avtotrofnih organizmov in se imenujemo heterotrofi.
Prosto energijo, ki jo človeški organizem lahko izkorišča, dobimo pri presnovi hranil, ki jih hrana vsebuje. Glede na to, v kakšnih koncentracijah ta hranila potrebujemo, jih delimo na makrohranila in mikrohranila. Osnovni kemijski elementi v hrani (makrohranilih) so ogljik, vodik, kisik, dušik in žveplo, ki so med seboj povezani s kemijskimi vezmi v maščobe, ogljikove hidrate in beljakovine (proteine). Mikrohranila vsebujejo še druge elemente kot so anorganski minerali oziroma soli, poleg tega pa v hrani najdemo še vodo, vitamine ter številne druge molekule, ki jih živi organizmi proizvajajo kot prilagoditev na življenjske pogoje in služijo kot signalne molekule v presnovnih in fizioloških procesih. Iz makrohranil naše telo lahko izkorišča energijo iz katere tvori ATP, poleg tega pa jih uporablja tudi kot gradbeni material. Mikrohranila potrebujemo, da iz hrane sploh dobimo prosto energijo, da se naše celice pravilno delijo in organizirajo v bolj kompleksne strukture, da se poškodovane celice obnavljajo, da zgradimo bolj robusten imunski in antioksidativen obrambni sistem in še bi lahko naštevali. Za sprostitev energije iz makrohranil so potrebni encimi, katalizatorji, ki omogočajo, da se kemijske vezi razcepijo pri milih pogojih in pri nizkih koncentracijah. Proces razgradnje hrane je sestavljen iz dveh delov: najprej iz kompleksnih molekul beljakovin, ogljikovih hidratov in maščob nastajajo manjše organske molekule kot so glukoza (in drugi monosaharidi), maščobne kisline in amino kisline. Ta proces imenujemo prebava in organizem pri prebavi ne more izkoristiti energije, temveč ravno nasprotno: prebava je energijsko potraten proces. Ko se te molekule absorbirajo in s pomočjo transportnih beljakovin pridejo do tarčnih celic, se začne proces presnove (metabolizma), ki ga imenujemo katabolizem. Naše telo ne »kuri« energije oziroma kalorij v hrani, saj bi se v tem primeru sprostila toplota, ki pa je za celično delo popolnoma neuporabna. Namesto tega se energija, shranjena v kemijskih vezeh v molekulah sladkorjev, amino kislin in maščobnih kislin skozi serijo metabolnih pretvorb prenese na molekulo ATP, slednjo pa naše celice lahko uporabijo kot prosto energijo za delo ali tvorbo novih kemijskih vezi, novih molekul in novih struktur v anabolnih procesih.
Presnova hranil kemijsko gledano ni nič drugega kakor reakcija oksidacije, zato ta proces poznamo tudi pod imenom celično dihanje. Če se spomnite osnovnošolskih klopi, so nas učili, da je oksidacija reakcija spajanja neke snovi s kisikom. V resnici ni čisto tako, saj reakcije oksidacije lahko potekajo tudi brez prisotnosti kisika, in sicer, kadar neka molekula odda elektrone drugi molekuli. V živih organizmih potekajo pri presnovnih procesih t.i. redoks reakcije, pri katerih se elektroni prenašajo iz molekul, ki oddajo elektrone (donorji) do molekul, ki te elektrone sprejmejo (akceptorji). Pri tem se sprošča energija, ki omogoča tvorbo ATP, poleg pa nastaja majhen delež reaktivnih stranskih produktov, ki jih poznate pod imenom prosti radikali. Zraven elektronov se prenašajo tudi vodikovi atomi oz. protoni. Kadar je končni prejemnik elektronov in protonov manjša organska molekula, ki se tvori med samim metabolizmom, govorimo o fermentaciji. Kadar je končni prejemnik elektronov pri oksidaciji hranil kisik, govorimo o oksidativnem metabolizmu. Pri določenih organizmih je končni prejemnik elektronov pri katabolizmu hranil lahko tudi kakšna anorganska snov, kot je na primer žveplo, sulfat ali pa nitrat. Tak proces imenujemo anaerobna respiracija. Najbolj pomembne razlike med temi presnovnimi procesi so v tem, koliko proste energije se lahko shrani v molekulah ATP in posledično koliko energije lahko organizem izkorišča. Slednje pa določa kompleksnost in organiziranost življenja samega. V naslednjih vsebinah boste spoznali, kako posamezne presnovne poti potekajo v živih organizmih, predvsem seveda pri človeku.