代谢网络
为何受约束

反应有多快，
与往哪走不同

酶可以加快反应，但不能凭空提供向前进行所需的自由能。代谢网络必须同时满足物质和能量关系。

在给定温度与定义一致的条件下，反应自由能可写作 ΔG=ΔG°′+RT lnQ。标准变换自由能与实际浓度条件共同决定驱动力；Q 由相关物种的活动度关系构成，稀溶液近似下常使用浓度比。不能只看标准项就判断任意细胞状态下的方向。

ΔG<0 表示按所写方向具有热力学驱动力，ΔG=0 对应该反应在当前条件下的平衡。速率还依赖活化势垒、酶和底物等；“热力学允许”不等于“快速”。催化不能把一个孤立反应的平衡常数改写掉。[1]

细胞通过相互耦合的反应和持续物质交换维持非平衡状态。例如与 ATP 水解相耦合的过程，可以使总过程具有合适驱动力；重要的是实际耦合机制与总自由能，不是仅把两条方程写在一起就算耦合。

氧化还原反应和辅因子再生把电子与能量关系连接起来。通路消耗的还原当量若无法补充，目标反应即使拥有足够酶也不能持续按设想运行。理论分析必须说明哪些收支已考虑、哪些被省略。

浓度不变，
反应仍可持续

代谢通量是反应速率，浓度是物质存量。细胞可以在输入与输出持续进行时保持某些内部浓度近似恒定，这叫稳态近似；它不同于没有净热力学驱动力的平衡。开放系统通过能量消耗与物质交换维持这种状态。

用化学计量矩阵 S 和通量向量 v 表示内部反应，可写 dC/dt=S·v；稳态近似给出 S·v=0。对生长细胞的具体模型，还需说明体积变化、归一化及稀释如何处理，不能把未写出的项当作普遍不存在。

仅有守恒方程通常不足以唯一确定全部通量。通量平衡分析（FBA）加入上下界并优化目标函数，得到的是模型约束下的可行或最优状态。多组通量可能具有同样目标值；没有补充限制时，模型还可能包含不符合实际热力学的循环。[2]

为什么局部改变
不能独自决定整体

在示意网络中，输入为10、最低生长为4时，即使产物支路容量从8提高到12，最多也只能分出6给产物。限制来自其他约束。真实网络中，控制还可能分散在多个反应上；所谓“唯一限速步骤”通常是特定条件下的近似。

代谢调控可以发生在酶活性层面，也可以通过表达改变酶量。两者具有不同时间尺度和成本。底物积累、产物抑制、能量状态和生长之间的反馈，使网络不能简单地被视为一组独立水管。

生长与目标产物共享原料和资源。滴度描述产物浓度，产率描述产物与底物等参考量之比，生产率引入时间维度。它们并非三种写法的同一个量，本章通过这些量理解物料、存量与时间的不同关系。

模型目标函数也是一种假设。以生长最大化为目标，并不表示所有细胞在所有时刻都严格达到该最优点。要用观测和背景检验假设，不能把优化器的输出当作细胞意图。

今天应能将三个问题分开回答：反应是否有驱动力、反应进行多快、网络是否满足守恒与边界。下一天再看，合成生物学如何在这些约束中建立可设计的模块。

把理解，
留在一份记录里

解释一个浓度恒定却存在非零通量的例子。手写四反应守恒式，构造一个不可行参数组；再说明增加酶量为何不能保证改变反应平衡或提高系统产物通量。

带走三个判断