結構生物化學/化學反應中的能量耦合
許多化學反應是非自發的，需要能量才能發生。化學反應的自發性由其吉布斯自由能值決定。如果為負，則反應將自發進行；如果為正，則反應將不自發。注意，這並不等同於動力學，或反應的速度；吉布斯自由能僅決定給定反應的自發性。反應進行的速度由其他因素決定，例如酶的存在、系統可用的熱量（能量）以及反應分子的物理性質。
自發反應無需額外能量即可發生，但它們可能發生得很慢。為了催化非自發反應，例如大分子的合成，細胞使用酶和耦合。幾乎所有在細胞中發生的反應都由酶催化，酶會降低反應的活化能。從本質上講，這意味著酶為反應打開了更有利的“途徑”，使其比以前更容易啟動，並且需要的能量更少。此外，不利的反應可以與有利反應耦合在一起，以使總反應變得有利。例如，葡萄糖 + Pi -> 葡萄糖-6-磷酸具有正 G，因此是不利的。但它可以與ATP -> ADP + Pi（具有負 G）耦合在一起，使反應變得有利。因此，總反應變為ATP + 葡萄糖 -> ADP + 葡萄糖-6-磷酸，並且具有負 G。因此，ATP 被認為是細胞的能量貨幣。但是，應該注意的是，還存在其他攜帶能量的分子，例如 GTP，它們用於某些過程。
合成代謝和分解代謝過程是細胞如何將反應耦合在一起以建立有效的能量交換迴圈的例子。這些過程在各自的部分中有更詳細的解釋；然而，在這裡提及它們是合適的，因為它們提供了反應耦合的相關示例。基本上，分解代謝反應是指將化學燃料轉化為細胞可以用於能量的分子，例如 ATP 和其他高能化合物。合成代謝反應是指需要一定能量才能發生的反應。因此，細胞可以方便地將合成代謝反應與分解代謝反應耦合在一起 - 分解代謝反應的產物可以用於驅動合成代謝反應完成。這使細胞能夠有效地將不同型別的反應聯絡在一起；這幾乎是一種“細胞回收”，因為一種反應的產物（即分解代謝反應）可以被重新利用以幫助另一種反應完成（即合成代謝反應）。
生物體是能量轉換器，因為在能量轉移過程中，它們的效率低於 100%。生物體利用所收集的能量來生長、修復和維持它們的身體。能量也被用於與其他生物體競爭，以及產生新的生物體（後代）。在做這些事情的過程中，生物體會產生廢物、化學物質和熱量。生物體以消耗宇宙中可用能量的總供應量中的一部分為代價，創造了局部有序區域。