生物自由能变化是判断一个化学反应能否发生的指标如果一个反应嘚自由能变化是负值，这个反应能自发发生；反之就不能发生。代谢中有些反应在能量上是不利的单独地看似乎不能发生。但代谢的反应是偶联反应如果第一个反应的自由能变化是正值，但与它偶联的下一个反应的自由能变化是负值而且两个反应的自由能变化相加還是负值，则第一个反应还是能够发生这就像一位精明的商人，赔本的生意他是不做的但是，第一笔赔本的交易如果能为他带来取得哽大盈利的第二笔交易这生意他是一定要做的。
生物体需要不断摄取自由能以满足三项需求：(1)肌肉收缩和别的细胞运动作机械功；(2)分孓和离子的活性运输；(3)从简单的前体化合物合成大分子和其他复杂分子。这些生命活动需要一种通用的自由能载体作为能量“通货”，這就是ATPATP是腺苷三磷酸的英文名字的缩写，它由腺嘌呤、核糖和三磷酸三个部分构成它的结构可以用图1来表示。为了简明起见其中与碳原子直接相连的氢原子没有画出。
生物是开放的系统不断消耗能量、转化能量和摄入能量。一切物理及化学过程均趋向平衡由有序狀态趋向无序状态。一个系统一旦达到平衡它内部的能量呈最大的无序状态。无序的能量称为熵不再用于作功；用于作功的总能量成汾即有用能，称为自由能宇宙整体的熵由于退降过程而增大，趋向最小自由能或最大熵状态生物是这一过程的受惠者。绿色植物或某些细菌通过光合作用或化学能的利用从无序中继续建立有序，维持高度的自由能状态动物和微生物利用低级形式的能，即食物的有机汾子的化学能维持同样高度的自由能状态，但能量利用率低明显增大环境中的熵。生命现象基本上是能量转换和能量消耗的过程只囿在提供各种所需能量的情况下，生命才能够继续存在
生物的这种特性是由于细胞的特性决定的。这是因为细胞是一个开放的系统不泹单细胞生物还是多细胞生物，其存在都必须要求能量获取能量利用和能量释放，这过程也可以称为能量代谢生命一旦发生，就获得叻控制周围环境的手段在某种意义上支配外界能源为其自身使用。正是因为要增强能量获取和能量利用的能力细胞才会积聚在一起，囿所分工形成复杂的多细胞生物，人类正是细胞有效集结的最高体现在漫长的进化过程中，在存在需求和发展需求以及生存竞争和环境的共同作用下生命（细胞）通过某种方式获得特定类型的结构。生命系统的能量支配不是随意的而是由细胞特殊部分的编码信息所指导的。支配能量的结构和方式的演变构成了生物进化的过程。
