为什么最优状态在代谢网络中调用更少的反应

活细胞的代谢网络涉及数百或数千个相互连接的生化反应。先前的研究表明，在现实条件下，任何给定细胞中只有一部分反应是同时活跃的。这在一定程度上由营养可用性决定，但也强烈依赖于代谢功能和网络结构。在这里，我们建立了严格的界限，表明在进化或工程化以优化特定代谢任务的代谢网络中，活跃反应的比例更小（而不是更大），并且我们证明这很大程度上由网络中热力学不可逆反应的存在决定。我们还表明，由不可逆性决定的某些反应的失活可以产生通过网络传播的次级反应失活级联。数学结果得到了大肠杆菌和人类细胞代谢网络的数值模拟的补充，这些模拟反直觉地表明，即使网络总反应通量的最大化也会导致活跃反应数量的减少。