《细胞代谢的思维导图》

中心代谢途径

• 糖酵解 (Glycolysis)
  • 位置： 细胞质
  • 起始物： 葡萄糖 (Glucose)
  • 终产物： 丙酮酸 (Pyruvate)
  • 关键酶： 己糖激酶 (Hexokinase), 磷酸果糖激酶-1 (PFK-1), 丙酮酸激酶 (Pyruvate Kinase)
  • 调控： ATP, AMP, Citrate, Fructose-2,6-bisphosphate
  • 能量收益： 2 ATP (净), 2 NADH
  • 命运：
    • 有氧条件： 进入三羧酸循环 (TCA Cycle)
    • 无氧条件： 乳酸发酵 (Lactate Fermentation) 或 酒精发酵 (Alcohol Fermentation)
• 丙酮酸脱羧 (Pyruvate Decarboxylation)
  • 位置： 线粒体基质
  • 反应： 丙酮酸转化为乙酰辅酶A (Acetyl-CoA)
  • 酶： 丙酮酸脱氢酶复合体 (Pyruvate Dehydrogenase Complex, PDC)
  • 辅酶： TPP, Lipoamide, FAD, NAD+, CoA
  • 调控： Acetyl-CoA, NADH, ATP
• 三羧酸循环 (TCA Cycle) / 克雷布斯循环 (Krebs Cycle) / 柠檬酸循环 (Citric Acid Cycle)
  • 位置： 线粒体基质
  • 起始物： 乙酰辅酶A (Acetyl-CoA)
  • 终产物： CO2, NADH, FADH2, GTP
  • 关键酶： 柠檬酸合酶 (Citrate Synthase), 异柠檬酸脱氢酶 (Isocitrate Dehydrogenase), α-酮戊二酸脱氢酶复合体 (α-Ketoglutarate Dehydrogenase Complex)
  • 调控： ATP, ADP, NADH, Ca2+
  • 能量收益： 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP per Acetyl-CoA
• 氧化磷酸化 (Oxidative Phosphorylation)
  • 位置： 线粒体内膜
  • 过程：
    • 电子传递链 (Electron Transport Chain, ETC): NADH 和 FADH2 将电子传递给一系列复合物 (Complex I-IV), 最终传递给氧气，形成水。同时，H+ 被泵入膜间隙。
    • 化学渗透 (Chemiosmosis): H+ 梯度驱动 ATP 合成酶 (ATP Synthase) 合成 ATP。
  • 复合物：
    • Complex I (NADH-CoQ Reductase): NADH 脱氢酶
    • Complex II (Succinate-CoQ Reductase): 琥珀酸脱氢酶
    • Complex III (CoQ-Cytochrome c Reductase): 细胞色素 bc1 复合物
    • Complex IV (Cytochrome c Oxidase): 细胞色素氧化酶
  • 抑制剂：
    • Complex I: 鱼藤酮 (Rotenone), 鱼腥草酮 (Amytal)
    • Complex III: 抗霉素A (Antimycin A)
    • Complex IV: 氰化物 (Cyanide), 一氧化碳 (Carbon Monoxide)
  • 解偶联剂： DNP (2,4-Dinitrophenol), FCCP (Carbonyl cyanide-p-trifluoromethoxyphenylhydrazone) - 使 H+ 回流，抑制 ATP 合成，产生热量。
  • 能量收益： 大约 2.5 ATP per NADH, 1.5 ATP per FADH2 (具体数值取决于不同教科书)

其他代谢途径

• 糖异生 (Gluconeogenesis)
  • 位置： 肝脏、肾脏（主要）
  • 起始物： 丙酮酸 (Pyruvate), 乳酸 (Lactate), 甘油 (Glycerol), 氨基酸 (Amino Acids)
  • 终产物： 葡萄糖 (Glucose)
  • 关键酶： 丙酮酸羧化酶 (Pyruvate Carboxylase), 磷酸烯醇丙酮酸羧激酶 (PEPCK), 果糖-1,6-二磷酸酶 (Fructose-1,6-bisphosphatase), 葡萄糖-6-磷酸酶 (Glucose-6-phosphatase)
  • 调控： AMP, Citrate, Acetyl-CoA, Insulin, Glucagon
  • 与糖酵解的差异: 绕过糖酵解的不可逆步骤。
• 磷酸戊糖途径 (Pentose Phosphate Pathway, PPP)
  • 位置： 细胞质
  • 功能：
    • 产生 NADPH (还原力，用于合成代谢和抗氧化)
    • 产生核糖-5-磷酸 (Ribose-5-phosphate, 用于核苷酸合成)
  • 起始物： 葡萄糖-6-磷酸 (Glucose-6-phosphate)
  • 关键酶： 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 (Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PD)
  • 两相：
    • 氧化相: 产生 NADPH 和 核酮糖-5-磷酸 (Ribulose-5-phosphate)
    • 非氧化相: 核酮糖-5-磷酸转化为糖酵解中间体 (如甘油醛-3-磷酸, 果糖-6-磷酸)
• 脂肪酸氧化 (Fatty Acid Oxidation / β-oxidation)
  • 位置： 线粒体基质
  • 起始物： 脂酰辅酶A (Fatty Acyl-CoA)
  • 终产物： 乙酰辅酶A (Acetyl-CoA), FADH2, NADH
  • 过程： 循环反应，每次循环缩短脂肪酸链 2 个碳原子。
  • 调控： Carnitine Shuttle (肉碱穿梭，将脂酰辅酶A运入线粒体)
  • 能量收益： 大量 ATP
• 脂肪酸合成 (Fatty Acid Synthesis)
  • 位置： 细胞质
  • 起始物： 乙酰辅酶A (Acetyl-CoA), NADPH
  • 终产物： 棕榈酸 (Palmitate, C16:0)
  • 酶： 脂肪酸合酶 (Fatty Acid Synthase, FAS)
  • 调控： Acetyl-CoA Carboxylase (ACC) 是关键的调控酶。
• 氨基酸代谢 (Amino Acid Metabolism)
  • 脱氨基作用 (Deamination): 去除氨基，形成 α-酮酸。
  • 转氨基作用 (Transamination): 将氨基转移到不同的 α-酮酸上。
  • 尿素循环 (Urea Cycle): 将氨转化为尿素，排出体外（主要在肝脏）。
  • 命运： 不同的氨基酸可以分解为糖酵解或三羧酸循环的中间体。
• 胆固醇合成 (Cholesterol Synthesis)
  • 位置： 细胞质, 内质网
  • 起始物： 乙酰辅酶A (Acetyl-CoA)
  • 关键酶： HMG-CoA 还原酶 (HMG-CoA Reductase) - 降胆固醇药物（如他汀类）的作用靶点。

调控机制

• 酶的量： 基因表达的调控，影响酶的合成速率。
• 酶的活性：
  • 变构调节 (Allosteric Regulation): 结合到酶的变构位点，改变酶的构象和活性。
  • 共价修饰 (Covalent Modification): 例如磷酸化、乙酰化等。
  • 反馈抑制 (Feedback Inhibition): 代谢产物抑制途径中的关键酶。
• 激素调控 (Hormonal Regulation):
  • 胰岛素 (Insulin): 促进葡萄糖的摄取和利用，促进糖原、脂肪和蛋白质的合成。
  • 胰高血糖素 (Glucagon): 促进糖原分解、糖异生和脂肪分解。
  • 肾上腺素 (Epinephrine): 促进糖原分解和脂肪分解。
• 细胞信号通路 (Cell Signaling Pathways): 例如 mTOR 信号通路，AMPK 信号通路等，调控细胞的生长、代谢和存活。