生物化学网络是什么？
化学反应通常表示为下面这种方程式：A+2B⇒C
C+D⇒E+F
A+E+F⇒G+H
每个字母表示一种化学物质或分子类型，例如水（H2O）、氨（NH3）、苯（C6H6），等等。化学方程式可以告诉我们一个A分子可以与两个B分子结合形成C分子，但没有告诉我们这个反应到底会不会发生和有多快。要预测到底会发生什么，化学家还需要更多信息。一个重要的信息是每种反应物的浓度。一个基本的化学原理是，如果反应A+B⇒C能发生，则逆反应C⇒B+A也能发生。实际的方向取决于3种反应物的相对浓度以及背后的能量关系。有了这些信息，化学家就能知道化学反应的方向，但还是不知道反应的速度有多快。
要确定反应的速度更加复杂。它取决于温度、一个名为活化能的特性、所有反应物的浓度以及参与反应的每种化学物质的几何特征。甚至只间接参与反应的分子也对速度有影响。通常处理所有这些复杂因素的办法是将化学反应表示为以下形式：
其中向右的箭头的注释是关于正向反应的重要信息，向左的箭头的注释则是关于逆向反应的重要信息。最常见的注释是“反应速率常数”，综合几个参数得到的一个数字，但注释也可以提供其他信息，例如是否有催化剂（反应加速剂）、特殊溶剂等对反应特性有重要影响。
化学反应方程式是1维图。当数个反应一起发生，并且共用一些化学物质时，系统行为会变得很复杂。用2维或3维网络表示可以帮助我们理解发生的事情。图9.5a给出了一个有8种化学物质参与的简单反应，其中A、C、E和G各参与两种反应。图9.5 b用2维网络表示了同样的反应。双向箭头表示每种反应的方向都是由反应物和产物的浓度决定。
通过图9.5 b可以发现在反应物中加入更多的F最初会增加G的浓度，这又会使得A和E增加，递次推进。因此F的浓度增加通过网络最终会导致B、D和H的浓度增加。如果增加F并减少B，则会形成从F→G→（A和E）→C并最终到B的物质流。在这个过程中，每种化学物质的浓度都会变化。
图9.5 a.有8种化学物质参与的4种化学反应b.用2维图表示的a中的4种反应的8个关系
这些变化的细节牵涉整个网络，仅从图9.5a很难看出来。当多种化学物质以多种方式反应时，有些物质的浓度可能很稳定，其他物质剧烈变化时也不怎么变，有些物质的浓度则可能表现出振荡，甚至更复杂的行为。当系统中存在多种反应时，表示成网络有助于将物质成信息流可视化。
当节点和边的数量太多时，描绘的化学网络会变得很混乱；但即使是这样，通过有选择地略掉一些边，网络视角还是能帮助人们从整体上把握过于复杂的化学网络的逻辑。细胞代谢网络就是一个很好的例子。活细胞中有数千种不断反应的化学物质。这个网络在一定程度上决定了细胞的性质和功能。化学物质浓度的涨落取决于最近吃了什么以及细胞生命的各种需求。总体上，网络为基本的细胞活动提供稳定的化学供给。所有细胞化学网络的一个共同的特性是所有化学反应都可以被蛋白质酶催化和调控。每种酶针对特定的化学反应，控制反应的速度（但不是方向）。因此，在生物化学网络的每条边（反应箭头）上标注控制这种反应的酶会很有用。
由于酶的活性通常受网络中其他一些特定的化合物的浓度调控，因此在绘制细胞生物化学网络时可以添加另一种边——“逻辑边”。逻辑边表示控制、信息流而不是物质流。这些边的信息“决定”了物质边上的物质流的增加或减少。调控是通过改变特定酶的物理性质实现。图9.6展示了一个庞大的生物化学网络的一小部分。这个子网络包括12种化学物质，还有2条逻辑边。为了减少边的复杂程度，三磷酸腺苷（ATP）、二磷酸腺苷（ADP）、二氧化碳（CO2）和无机磷酸盐（
的混合物）出现了多次。完整的细胞生物化学网络包含的化学物质超过2000种。
图9.6 人类肝细胞的生物化学网络的一小部分。实线是物质边（化学反应），虚线是逻辑（调控）边，节点是化合物，边标注的是酶。缩写：PEP，磷酸烯醇丙酮酸；PEPCK，磷酸羧；CoA，辅酶A；ATP，三磷酸腺苷；ADT，二磷酸腺苷；GTP，三磷酸鸟苷；GDP，二磷酸鸟苷；NAD+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（氧化形式）；NADH，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（还原形式）；Pi，无机磷酸盐；CO2，二氧化碳
维持生命的生物化学网络缺少不了酶。如果没有酶，在生命所处的温度范围内，细胞的大部分化学反应都不会发生，而这些酶很少有不受调控的。反应速度的调控对于生命很重要。将这2000种细胞化合物倒进烧杯，在室温下什么也不会发生。加热混合物，结果将是一团混乱，而不是适时适地提供的细胞生长和复制所必需的经过精细调制的化合物流。
有特定的蛋白质才能进行组织和控制。在第4章我们看到DNA分子中的核苷酸序列是如何决定蛋白质的结构和功能。DNA编码的信息决定了在细胞中会表达什么蛋白质，以及在特定的时间产生多少蛋白质。其中一些蛋白质反过来又决定了生物化学网络会发生什么反应以及速度如何。最后的结果就是能维持细胞特有的稳定化学环境的系统。