所有生物進行生命活動都需要能量，因此，能量代謝成了新陳代謝中的核心問題。
自然界中的能量以多種形式存在，但生物隻能利用光能或化學能，而光能也必須在一定的生物體（光合生物）內轉化成化學能後，才能被生物利用。
一個化學反應隻有在一定條件下，當有能量放出時才能自由地進行，即自由能的變化為負值時，反應才能進行，這種反應稱為放能反應；如果產物的自由能大於反應物的自由能時，必須供給能量才能進行反應，稱為吸能反應。
在生物體內，吸能反應所需要的能量是由放能反應來供給的，兩者是偶聯進行的。其中的能量載體主要是ATP。ATP是腺嘌呤核甘三磷酸（簡稱腺三磷）的縮寫， ATP的生成和利用是微生物能量代謝的核心。在生物體內，ATP主要由ADP的磷酸化生成。生成ATP的過程需要供應能量，能量來自光能或化能。
以光能生成ATP的過程稱為光合磷酸化作用，這種轉變需要光和色素作媒介。
利用化合物氧化過程中釋放的能量進行磷酸化生成ATP的過程稱為氧化磷酸化作用，它為一切生物所共有，微生物的氧化作用可根據最終電子受體的性質不同而分為：呼吸作用、無氧呼吸作用和發酵作用。
ATP主要用於供應合成細胞物質（包括貯藏物質）所需的能量。此外，細胞對營養物質的吸收，鞭毛菌的運動，發光細菌的發光等所消耗的能量也要由ATP供給。組成細胞的物質主要是蛋白質、核酸、類脂和多糖，合成這些物質都需要ATP。
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