Las células están constantemente activas, dependiendo de una serie de reacciones bioquímicas complejas y coordinadas para subsistir. En esta sección detallaremos las rutas clave en el metabolismo de los carbohidratos en animales. Una de estas, la glucólisis, una vía metabólica primitiva presente en la mayoría de los seres vivos, permite la conversión de glucosa en dos moléculas de piruvato, capturando una pequeña cantidad de energía. Además, se explica la síntesis y descomposición del glucógeno (una reserva de glucosa en vertebrados) a través de la glucogénesis y glucogenólisis, respectivamente, dependiendo de los niveles de glucosa. Otro proceso, la gluconeogénesis, fabrica glucosa a partir de fuentes no carbohidratadas. La vía de las pentosas fosfato transforma la glucosa-6-fosfato en ribosa-5-fosfato (necesaria para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos) y otros monosacáridos, produciendo también NADPH, esencial como agente reductor en la célula. También trataremos rutas adicionales en secciones posteriores, incluyendo la fotosíntesis, que usa la energía lumínica para sintetizar carbohidratos, y el ciclo del glioxilato, a través del cual algunos organismos, principalmente plantas, generan carbohidratos a partir de ácidos grasos.
El papel central de la glucosa como fuente de energía primordial para la mayoría de los seres vivos se subraya, resaltando su transporte por la sangre en vertebrados y su conversión a energía mediante la glucólisis cuando es necesario. La glucosa excedente se almacena como glucógeno en hígado y músculo, y puede ser usada para sintetizar otros compuestos necesarios, como otros monosacáridos, ácidos grasos y ciertos aminoácidos, demostrando el carácter anfibólico de la glucólisis, que cumple funciones tanto anabólicas como catabólicas.
En el organismo de los animales, cuando hay un sobrante de glucosa, este se transforma en glucógeno mediante el proceso de glucogénesis para su almacenaje. En situaciones donde es necesario disponer de glucosa, ya sea como energía o como precursor en procesos biosintéticos, el glucógeno se descompone a través de la glucogenólisis. La glucosa también puede ser procesada en algunas células para convertirse en ribosa-5-fosfato, esencial para la síntesis de nucleótidos, y en NADPH, un importante agente reductor, a través de la ruta de las pentosas fosfato. Durante la glucólisis, la glucosa se oxida para producir energía, resultando en la formación de piruvato.
En entornos anaeróbicos, el piruvato se transforma en lactato. No obstante, en presencia de oxígeno, el piruvato se descompone aún más hasta convertirse en acetil-CoA, a partir del cual se puede liberar una cantidad significativa de energía en forma de ATP mediante el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones. Es importante destacar cómo el metabolismo de carbohidratos está intrincadamente relacionado con el metabolismo de otros nutrientes. Por ejemplo, la acetil-CoA no solo proviene de los carbohidratos sino también de la degradación de ácidos grasos y ciertos aminoácidos. En condiciones de exceso de acetil-CoA, se activa una vía metabólica alternativa que convierte este compuesto en ácidos grasos.