3.22: 耦合反应

构建和分解复杂分子等细胞过程是通过逐步化学反应发生的。其中一些化学反应是自发的并释放能量，而另一些则需要能量才能进行。细胞通常将能量释放反应与需要能量的反应耦合起来，以执行重要的细胞功能。

三磷酸腺苷或 ATP 分子中的能量很容易获得，可以做功。ATP 为大多数需要能量的细胞反应提供动力。细胞将 ATP 水解与内能反应相结合，使它们能够继续进行。使用 ATP 的能量耦合的一个例子涉及对细胞功能极为重要的跨膜离子泵。这种钠钾泵 （Na⁺/K⁺ 泵） 将钠排出细胞，将钾驱入细胞。细胞的很大一部分 ATP 为这个泵提供动力，因为细胞过程将大量的钠带入细胞，并从细胞中带出钾。该泵持续工作以稳定细胞中钠和钾的浓度。

通常在细胞代谢反应（例如营养物质合成和分解）中，某些分子的构象必须略有变化，才能成为反应系列下一步的底物。一个例子是在细胞呼吸的最初步骤中，当糖葡萄糖分子在糖酵解中分解时。第一步，需要 ATP 磷酸化葡萄糖，产生高能但不稳定的中间体。这种磷酸化反应推动了构象变化，使磷酸化葡萄糖分子转化为磷酸化的果糖。果糖是糖酵解向前发展的必要中间体。在这里，ATP 水解的放能反应与将葡萄糖转化为途径中磷酸化中间体的内能反应偶联。再一次，通过破坏 ATP 内的磷酸键释放的能量被用于磷酸化另一个分子，产生不稳定的中间体并为重要的构象变化提供动力。

本文改编自 Openstax， 生物学 2e， 第 6.1 节: 能量与代谢 ， 第 6.3 节: 定律热力学和 6.4 ATP:三磷酸腺苷。