自发的(A→B)和非自发的(C→D)反应的例子。虽然A→B能量是向下坡走，由于能量的活性被迫受阻，可能会妨碍A→B，除非输入能量。注意如果A→B推动C→D，那么，ΔE2的绝对值应比ΔE1小。

表1C→D反应是吸能反应，非自发的上升反应的例子，此处产生的能量大于反应物。除非有能量的输入，否则该反应不会发生。在E2的例子中，符号是正，因D的能量大于C，在物理和生物界很多重要的反应和过程都是吸能反应，因此，需要输入能量，在生物界吸能反应，例如C→D是连结的或成双的，并被放能反应驱动，例如A→B；注意最终产物D的能量水平比开始的反应物A要小。

虽然A→B的反应是向下的、自发的，但因为它是能量屏障，并不一定发生，这叫做能量活性化，首先要克服它。换言之，虽然把A→B的反应划归为自发的，但还必须输入一些能量以激活机体，作为“起动泵”。正如所看到的，有几个重要的生物化学途径是伴随激活过程的开始而发生的，酶的作用也是很明显的，因为它们具有减弱激化能量的作用。

尽管能量的激化妨碍了某些事物，但正如我们知道的，在这方面仍依靠某些很高的能量活化过程。氮的氧化物，以及其它机动车所排出的废气，都是当前的许多新事物，根据如下的反应氮与氧形成了氮的氧化物。

这些自发的反应都有高能的活化作用。在汽车的发动机内，以最高的温度和最大的压力，用以激化速个反应，并产生一些有毒物质。确实很幸运，该反应具有很高的能量激活作用，否则大气就要着火了。

由于在物质代谢过程中，开始必须激化始动反应物，以及因为酶可以减弱能量的活化，因此酶控制了全过程。

一切生命活动离不开能量，对于生物化学来说，最有用的热力学常数是自由能。自由能是指一个反应体系中能够做功的那一部分能量，如果体系不做功，则自由能转化为热能而散失。在25℃、1个大气压、反应物浓度为1mol/L时，这个反应体系的自由能变化称为标准自由能变化()。由于细胞内的反应常在pH=7的条件下进行，故pH=7为生物体的标准状态，以表示此时标准自由能的变化。自由能的变化与的关系为：

R为气体常数，T为绝对温度；

[A]，[B]为反应物的摩尔浓度(mol/L)，[C]，[D]为产物的摩尔浓度(moI/L)；

分别为反应物和产物的反应常数。

孤立或静止地研究某个体系的自由能是不现实的，但研究反应体系的自由能变化，对于了解生物体内进行的反应有着重要作用。当一个反应的时，这个反应可以自发进行，而时则表示化学反应达到平衡状态。当时，反应不能自发进行，需要输入能量，故为吸能反应。在生物体内吸能反应常与放能反应偶联在一起才能进行，而此时吸能反应所需的能量常由ATP提供。

ATP作为细胞内放能与吸能反应的主要中间媒介物，在各种生命活动及代谢过程中直接或间接起供能作用。ATP为腺苷三磷酸，3个磷酸之间有2个磷酸酯键。当ATP水解成ADP时释放的能量比一般磷酸酯键水解时释放出的能量多得多，因而可以使需要加入自由能的吸能反应得以进行。而ADP与无机磷酸盐又可利用生物氧化时释放出的自由能磷酸化成ATP。由此而构成生物体内的ATP循环。

ATP循环是生物体内能量转换的最基本方式。活细胞中每千克组织中ATP的绝对浓度仅为几个毫摩尔，但成人在静息状态下24小时内消耗ATP达40kg以上。由此可见ATP的生成与分解在物质代谢中速率之快。

在生物体内，ATP的生成方式主要有两种：底物水平磷酸化和氧化磷酸化，其中氧化磷酸化是产生ATP的主要方式。

底物水平磷酸化

生物氧化过程中，代谢物分子内能量发生重排，产生的高能磷酸键转移到ADP分子上生成ATP的过程称为底物水平磷酸化。例如在糖酵解过程中存在两处底物水平磷酸化产生ATP：

在三羧酸循环中存在一处底物水平磷酸化，即：

生成的GTP很容易转变为ATP。

氧化磷酸化

生物氧化过程中，产生ATP的最主要方式是氧化磷酸化。底物脱下的2H，经呼吸链传递到氧生成水时，释放的能量将ADP磷酸化成为ATP，这个过程即为氧化磷酸化。氧化作用和磷酸化作用是两个不同的过程，氧化作用即电子在呼吸链传递的过程放出能量，而磷酸化作用则是贮存能量，氧化和磷酸化密切偶联在一起，实现ATP的生成。