结构生物化学/化学反应中的能量耦合
许多化学反应是非自发的，需要能量才能发生。化学反应的自发性由其吉布斯自由能值决定。如果为负，则反应将自发进行；如果为正，则反应将不自发。注意，这并不等同于动力学，或反应的速度；吉布斯自由能仅决定给定反应的自发性。反应进行的速度由其他因素决定，例如酶的存在、系统可用的热量（能量）以及反应分子的物理性质。
自发反应无需额外能量即可发生，但它们可能发生得很慢。为了催化非自发反应，例如大分子的合成，细胞使用酶和耦合。几乎所有在细胞中发生的反应都由酶催化，酶会降低反应的活化能。从本质上讲，这意味着酶为反应打开了更有利的“途径”，使其比以前更容易启动，并且需要的能量更少。此外，不利的反应可以与有利反应耦合在一起，以使总反应变得有利。例如，葡萄糖 + Pi -> 葡萄糖-6-磷酸具有正 G，因此是不利的。但它可以与ATP -> ADP + Pi（具有负 G）耦合在一起，使反应变得有利。因此，总反应变为ATP + 葡萄糖 -> ADP + 葡萄糖-6-磷酸，并且具有负 G。因此，ATP 被认为是细胞的能量货币。但是，应该注意的是，还存在其他携带能量的分子，例如 GTP，它们用于某些过程。
合成代谢和分解代谢过程是细胞如何将反应耦合在一起以创建有效的能量交换循环的例子。这些过程在各自的部分中有更详细的解释；然而，在这里提及它们是合适的，因为它们提供了反应耦合的相关示例。基本上，分解代谢反应是指将化学燃料转化为细胞可以用于能量的分子，例如 ATP 和其他高能化合物。合成代谢反应是指需要一定能量才能发生的反应。因此，细胞可以方便地将合成代谢反应与分解代谢反应耦合在一起 - 分解代谢反应的产物可以用于驱动合成代谢反应完成。这使细胞能够有效地将不同类型的反应联系在一起；这几乎是一种“细胞回收”，因为一种反应的产物（即分解代谢反应）可以被重新利用以帮助另一种反应完成（即合成代谢反应）。
生物体是能量转换器，因为在能量转移过程中，它们的效率低于 100%。生物体利用所收集的能量来生长、修复和维持它们的身体。能量也被用于与其他生物体竞争，以及产生新的生物体（后代）。在做这些事情的过程中，生物体会产生废物、化学物质和热量。生物体以消耗宇宙中可用能量的总供应量中的一部分为代价，创造了局部有序区域。