Les cellules, qu'elles soient des organismes unicellulaires comme les bactéries ou les cellules d'organismes multicellulaires comme les cellules humaines, ont besoin d'énergie pour réaliser différentes tâches. Le métabolisme cellulaire englobe toutes les réactions chimiques qui permettent la croissance, la reproduction, la réparation et la réponse aux stimuli environnementaux. Deux grandes catégories de processus composent le métabolisme : l'anabolisme et le catabolisme. L'anabolisme est le processus constructif où de petites molécules sont assemblées en molécules plus grandes et plus complexes, nécessitant généralement de l'énergie. En revanche, le catabolisme est un processus destructif, où les molécules sont dégradées en substances plus simples, libérant de l'énergie.

Les cellules autotrophes, telles que celles présentes dans les plantes, les algues et certaines bactéries, jouent un rôle crucial dans l'écosystème. Grâce à la photosynthèse, elles capturent l'énergie lumineuse du soleil pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en glucose et en oxygène. Ce processus est fondamental non seulement pour la production alimentaire des autotrophes eux-mêmes mais aussi pour toute la chaîne alimentaire. La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes, où la chlorophylle absorbe la lumière, et induit une réaction chimique qui génère des sucres essentiels pour la structure et le stockage énergétique de la plante.

Les cellules hétérotrophes, à l'image des cellules animales et de nombreux microorganismes, obtiennent leur énergie en consommant des matières organiques produites par les autotrophes ou d'autres hétérotrophes. Ce mode de nutrition implique la digestion et la dégradation de molécules complexes en substances plus simples, processus qui convertit l'énergie chimique stockée dans les liaisons moléculaires en une forme utilisable pour les activités cellulaires. La respiration cellulaire est une voie métabolique majeure pour les hétérotrophes, permettant de libérer l'énergie du glucose en présence d'oxygène pour générer l'ATP, le principal transporteur d'énergie des cellules.

L'interdépendance entre les autotrophes et les hétérotrophes est un aspect fondamental des écosystèmes. Les autotrophes fournissent de l'oxygène et des glucides aux hétérotrophes par la photosynthèse. En consommant ces matières organiques, les hétérotrophes produisent du dioxyde de carbone et d'autres déchets métaboliques, qui peuvent être recyclés par les autotrophes. Cette relation symbiotique maintient l'équilibre de la matière et de l'énergie sur Terre, illustrant la nature cyclique et interdépendante des processus biologiques.