Jalur metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein tidak bekerja sebagai sistem yang terpisah. Setiap jalur memiliki zat antara yang dapat masuk ke jalur metabolisme lain sesuai kebutuhan tubuh. Integrasi ini memungkinkan tubuh menyesuaikan penggunaan dan penyimpanan energi berdasarkan keadaan setelah makan, puasa, atau kelaparan.
Siklus asam sitrat merupakan pusat utama katabolisme karena menjadi tempat oksidasi hasil pemecahan gula, asam lemak, dan asam amino menjadi karbon dioksida. Siklus ini berlangsung di mitokondria dan bersifat siklik, sehingga tidak memiliki titik awal atau akhir yang mutlak. Sel dapat menggunakan sebagian reaksinya untuk menghasilkan energi atau membentuk molekul tertentu sesuai kebutuhan.
Asetil-KoA merupakan salah satu metabolit yang paling banyak menghubungkan berbagai jalur metabolisme. Senyawa ini dapat berasal dari piruvat hasil glikolisis, oksidasi beta asam lemak, badan keton, dan metabolisme asam amino. Asetil-KoA kemudian digunakan dalam siklus asam sitrat, sintesis asam lemak, badan keton, kolesterol, hormon steroid, asam empedu, dan prostaglandin.
Karbohidrat dapat disimpan sebagai glikogen dan dipecah kembali ketika kadar glukosa darah menurun. Glikogen diubah menjadi glukosa-1-fosfat, kemudian menjadi glukosa-6-fosfat untuk masuk ke glikolisis dan menghasilkan ATP. Galaktosa dapat diubah menjadi glukosa-6-fosfat, sedangkan fruktosa dapat digunakan dalam pembentukan glikogen atau masuk ke jalur metabolisme glukosa.
Protein terutama dipecah menjadi asam amino yang kemudian digunakan kembali untuk membentuk protein baru, hormon, nukleotida, dan neurotransmiter. Jika jumlah asam amino berlebih atau tubuh mengalami kelaparan, asam amino mengalami deaminasi sehingga gugus aminonya diubah menjadi amonia dan kemudian urea di hati. Kerangka karbon yang tersisa menjadi asam keto dan dapat diubah menjadi piruvat, asetil-KoA, atau zat antara siklus asam sitrat.
Lemak juga terhubung dengan metabolisme glukosa. Gliserol dari trigliserida dapat diubah menjadi gliserol-3-fosfat dan masuk ke jalur glikolisis, sedangkan asam lemak dipecah melalui oksidasi beta menjadi asetil-KoA. Proses oksidasi beta menghasilkan NADH dan FADH2 yang memasok elektron ke rantai transpor elektron untuk menghasilkan ATP.
Kolesterol berperan dalam menjaga fleksibilitas membran sel dan menjadi prekursor hormon steroid. Sintesis kolesterol dimulai dari gugus asetil yang berasal dari asetil-KoA dan berlangsung satu arah, sehingga tidak dapat dibalik menjadi glukosa. Sebaliknya, glukoneogenesis membentuk glukosa dari bahan nonkarbohidrat seperti laktat, gliserol, dan asam amino glukogenik melalui pembentukan piruvat dan fosfoenolpiruvat.
Metabolisme berubah sesuai fase setelah makan dan puasa. Pada keadaan kenyang, glukosa digunakan untuk menghasilkan ATP atau disimpan sebagai glikogen dan lemak, sedangkan pada fase pascaabsorptif tubuh menggunakan glikogenolisis dan glukoneogenesis untuk mempertahankan glukosa darah. Dalam puasa panjang atau kelaparan, asam lemak dan gliserol menjadi sumber energi yang lebih dominan, sementara hati membentuk badan keton ketika oksaloasetat berkurang dan metabolisme mulai mengalami ketosis.