迅捷思维导图细胞代谢思维导图

## 迅捷思维导图：细胞代谢

### 中心主题：细胞代谢

#### 一、基本概念

*   **定义：**
    *   细胞内所有发生的化学反应的总称
    *   包括合成代谢（Anabolism）和分解代谢（Catabolism）
*   **目的：**
    *   获取能量 (ATP)
    *   合成细胞组分 (如蛋白质, 脂类, 核酸)
    *   消除代谢废物
*   **特点：**
    *   高度有序：酶催化反应的精确调控
    *   能量转换：化学能、电能、机械能等
    *   相互联系：多个代谢途径相互交叉和影响
*   **影响因素:**
    *   酶活性
    *   底物浓度
    *   产物浓度
    *   温度
    *   pH
    *   调控分子(激素等)
    *   基因表达

#### 二、主要代谢途径

*   **A. 碳水化合物代谢**
    *   **1. 糖酵解 (Glycolysis):**
        *   **过程:** 葡萄糖分解为丙酮酸
        *   **场所:** 细胞质
        *   **产物:** ATP, NADH, 丙酮酸
        *   **调控:** 酶的变构调节 (如磷酸果糖激酶-1, PFK-1)
        *   **命运:** 有氧条件下转化为乙酰CoA进入三羧酸循环；无氧条件下发酵为乳酸或乙醇
    *   **2. 糖异生 (Gluconeogenesis):**
        *   **过程:** 由非糖前体 (如乳酸, 丙酮酸, 甘油) 合成葡萄糖
        *   **场所:** 主要在肝脏和肾脏
        *   **意义:** 维持血糖水平
        *   **调控:** 激素调节 (如胰高血糖素)
    *   **3. 糖原合成 (Glycogenesis):**
        *   **过程:** 葡萄糖合成糖原
        *   **场所:** 主要在肝脏和肌肉
        *   **意义:** 储存葡萄糖
        *   **调控:** 胰岛素促进
    *   **4. 糖原分解 (Glycogenolysis):**
        *   **过程:** 糖原分解为葡萄糖
        *   **场所:** 主要在肝脏和肌肉
        *   **意义:** 释放葡萄糖
        *   **调控:** 胰高血糖素和肾上腺素促进
    *   **5. 磷酸戊糖途径 (Pentose Phosphate Pathway):**
        *   **过程:** 葡萄糖-6-磷酸转化为核糖-5-磷酸和NADPH
        *   **场所:** 细胞质
        *   **意义:** 提供核糖-5-磷酸用于核苷酸合成，提供NADPH用于还原性合成
    *   **6. 三羧酸循环 (TCA cycle) / 柠檬酸循环 (Citric Acid Cycle) / 克雷布斯循环 (Krebs Cycle):**
        *   **过程:** 乙酰CoA氧化为CO2，释放能量
        *   **场所:** 线粒体基质
        *   **产物:** NADH, FADH2, ATP/GTP, CO2
        *   **调控:** 酶的变构调节 (如异柠檬酸脱氢酶)

*   **B. 脂类代谢**
    *   **1. 脂肪酸合成 (Fatty Acid Synthesis):**
        *   **过程:** 乙酰CoA合成脂肪酸
        *   **场所:** 细胞质
        *   **原料:** 乙酰CoA, NADPH
        *   **调控:** 胰岛素促进
    *   **2. 脂肪酸氧化 (β-氧化):**
        *   **过程:** 脂肪酸分解为乙酰CoA
        *   **场所:** 线粒体基质
        *   **产物:** 乙酰CoA, NADH, FADH2
        *   **调控:** 肉碱穿梭系统
    *   **3. 甘油三酯合成 (Triacylglycerol Synthesis):**
        *   **过程:** 甘油和脂肪酸酯化生成甘油三酯
        *   **场所:** 内质网
        *   **意义:** 储存脂肪酸
    *   **4. 甘油三酯分解 (Lipolysis):**
        *   **过程:** 甘油三酯分解为甘油和脂肪酸
        *   **场所:** 细胞质
        *   **调控:** 激素敏感性脂肪酶 (HSL) 活性受激素调控
    *   **5. 酮体生成 (Ketogenesis):**
        *   **过程:** 乙酰CoA转化为酮体 (乙酰乙酸, β-羟丁酸, 丙酮)
        *   **场所:** 肝脏线粒体
        *   **意义:** 在饥饿或糖尿病时，作为大脑和心脏的能量来源
    *   **6. 胆固醇代谢:**
        *   **合成:** 由乙酰CoA合成
        *   **运输:** 通过脂蛋白 (LDL, HDL) 运输
        *   **功能:** 细胞膜组分, 激素前体

*   **C. 蛋白质代谢**
    *   **1. 氨基酸合成 (Amino Acid Synthesis):**
        *   **分类:** 必需氨基酸和非必需氨基酸
        *   **来源:** α-酮酸的氨基化
    *   **2. 氨基酸分解 (Amino Acid Degradation):**
        *   **过程:** 脱氨基, 转氨基
        *   **产物:** α-酮酸, 氨
        *   **去路:** α-酮酸进入代谢途径, 氨转化为尿素
    *   **3. 尿素循环 (Urea Cycle):**
        *   **过程:** 将氨转化为尿素
        *   **场所:** 肝脏线粒体和胞质
        *   **意义:** 消除体内氨的毒性
    *   **4. 蛋白质合成 (Protein Synthesis):**
        *   **过程:** mRNA的翻译
        *   **场所:** 核糖体
        *   **调控:** 基因表达调控

*   **D. 核酸代谢**
    *   **1. 嘌呤合成 (Purine Synthesis):**
        *   **从头合成:** 由小分子前体合成嘌呤核苷酸
        *   **补救途径:** 回收利用已存在的嘌呤碱基
    *   **2. 嘌呤分解 (Purine Degradation):**
        *   **过程:** 嘌呤核苷酸分解为尿酸
        *   **产物:** 尿酸
        *   **疾病:** 痛风 (尿酸结晶沉积)
    *   **3. 嘧啶合成 (Pyrimidine Synthesis):**
        *   **从头合成:** 由小分子前体合成嘧啶核苷酸
        *   **补救途径:** 回收利用已存在的嘧啶碱基
    *   **4. 嘧啶分解 (Pyrimidine Degradation):**
        *   **过程:** 嘧啶核苷酸分解为β-丙氨酸或β-氨基异丁酸
        *   **产物:** 可溶性代谢物

#### 三、能量代谢

*   **ATP (三磷酸腺苷):**
    *   **定义:** 细胞的“能量货币”
    *   **结构:** 腺嘌呤, 核糖, 三个磷酸基团
    *   **功能:** 提供能量用于细胞的各项活动 (如肌肉收缩, 主动运输, 合成反应)
*   **电子传递链 (Electron Transport Chain):**
    *   **过程:** NADH和FADH2传递电子，驱动H+泵入线粒体内膜间隙，形成质子梯度
    *   **场所:** 线粒体内膜
    *   **组成:** 复合物I, II, III, IV
    *   **末端电子受体:** 氧气 (O2)
*   **氧化磷酸化 (Oxidative Phosphorylation):**
    *   **过程:** 利用质子梯度驱动ATP合成酶合成ATP
    *   **场所:** 线粒体内膜
    *   **ATP合成酶:** 复合物V
    *   **偶联:** 电子传递链和ATP合成偶联在一起
*   **解偶联剂:**
    *   **定义:** 破坏质子梯度，使电子传递链和ATP合成解偶联
    *   **例子:** 解偶联蛋白 (UCP)
    *   **结果:** 产热

#### 四、代谢调控

*   **酶的调节:**
    *   **变构调节:** 通过配体结合改变酶的构象和活性
    *   **共价修饰:** 通过磷酸化, 乙酰化等修饰酶的活性
    *   **酶的量:** 通过基因表达调控酶的合成量
*   **激素调节:**
    *   **胰岛素:** 促进葡萄糖摄取, 糖原合成, 脂肪酸合成, 蛋白质合成
    *   **胰高血糖素:** 促进糖原分解, 糖异生, 脂肪酸分解
    *   **肾上腺素:** 促进糖原分解, 脂肪酸分解
    *   **皮质醇:** 促进糖异生, 蛋白质分解
*   **细胞信号通路:**
    *   **AMPK (AMP激活的蛋白激酶):** 感应细胞能量状态，调节代谢途径
    *   **mTOR (哺乳动物雷帕霉素靶蛋白):** 调控细胞生长和增殖，影响代谢
*   **遗传调控:**
    *   **转录因子:** 调控代谢酶基因的表达
    *   **microRNA:** 调控mRNA的稳定性和翻译

#### 五、代谢紊乱与疾病

*   **糖尿病 (Diabetes Mellitus):**
    *   **类型:** I型糖尿病 (胰岛素依赖型), II型糖尿病 (胰岛素抵抗型)
    *   **病理:** 血糖升高, 糖代谢紊乱
    *   **并发症:** 血管病变, 神经病变, 肾脏病变
*   **肥胖 (Obesity):**
    *   **病理:** 脂肪组织过度积累
    *   **风险:** 糖尿病, 心血管疾病, 癌症
*   **代谢综合征 (Metabolic Syndrome):**
    *   **定义:** 一组代谢紊乱的集合 (高血压, 高血糖, 高血脂, 腹型肥胖)
    *   **风险:** 心血管疾病, 糖尿病
*   **遗传代谢病 (Inborn Errors of Metabolism):**
    *   **定义:** 由于基因缺陷导致特定代谢途径功能障碍
    *   **例子:** 苯丙酮尿症 (PKU), 半乳糖血症
*   **癌症 (Cancer):**
    *   **瓦博格效应 (Warburg effect):** 癌细胞即使在有氧条件下也倾向于进行糖酵解
    *   **代谢重编程:** 癌细胞改变代谢途径以满足快速生长和增殖的需求

迅捷思维导图：细胞代谢

中心主题：细胞代谢

一、基本概念

定义：
- 细胞内所有发生的化学反应的总称
- 包括合成代谢（Anabolism）和分解代谢（Catabolism）
目的：
- 获取能量 (ATP)
- 合成细胞组分 (如蛋白质, 脂类, 核酸)
- 消除代谢废物
特点：
- 高度有序：酶催化反应的精确调控
- 能量转换：化学能、电能、机械能等
- 相互联系：多个代谢途径相互交叉和影响
影响因素:
- 酶活性
- 底物浓度
- 产物浓度
- 温度
- pH
- 调控分子(激素等)
- 基因表达

二、主要代谢途径

A. 碳水化合物代谢
- 1. 糖酵解 (Glycolysis):
  - 过程: 葡萄糖分解为丙酮酸
  - 场所: 细胞质
  - 产物: ATP, NADH, 丙酮酸
  - 调控: 酶的变构调节 (如磷酸果糖激酶-1, PFK-1)
  - 命运: 有氧条件下转化为乙酰CoA进入三羧酸循环；无氧条件下发酵为乳酸或乙醇
- 2. 糖异生 (Gluconeogenesis):
  - 过程: 由非糖前体 (如乳酸, 丙酮酸, 甘油) 合成葡萄糖
  - 场所: 主要在肝脏和肾脏
  - 意义: 维持血糖水平
  - 调控: 激素调节 (如胰高血糖素)
- 3. 糖原合成 (Glycogenesis):
  - 过程: 葡萄糖合成糖原
  - 场所: 主要在肝脏和肌肉
  - 意义: 储存葡萄糖
  - 调控: 胰岛素促进
- 4. 糖原分解 (Glycogenolysis):
  - 过程: 糖原分解为葡萄糖
  - 场所: 主要在肝脏和肌肉
  - 意义: 释放葡萄糖
  - 调控: 胰高血糖素和肾上腺素促进
- 5. 磷酸戊糖途径 (Pentose Phosphate Pathway):
  - 过程: 葡萄糖-6-磷酸转化为核糖-5-磷酸和NADPH
  - 场所: 细胞质
  - 意义: 提供核糖-5-磷酸用于核苷酸合成，提供NADPH用于还原性合成
- 6. 三羧酸循环 (TCA cycle) / 柠檬酸循环 (Citric Acid Cycle) / 克雷布斯循环 (Krebs Cycle):
  - 过程: 乙酰CoA氧化为CO2，释放能量
  - 场所: 线粒体基质
  - 产物: NADH, FADH2, ATP/GTP, CO2
  - 调控: 酶的变构调节 (如异柠檬酸脱氢酶)
B. 脂类代谢
- 1. 脂肪酸合成 (Fatty Acid Synthesis):
  - 过程: 乙酰CoA合成脂肪酸
  - 场所: 细胞质
  - 原料: 乙酰CoA, NADPH
  - 调控: 胰岛素促进
- 2. 脂肪酸氧化 (β-氧化):
  - 过程: 脂肪酸分解为乙酰CoA
  - 场所: 线粒体基质
  - 产物: 乙酰CoA, NADH, FADH2
  - 调控: 肉碱穿梭系统
- 3. 甘油三酯合成 (Triacylglycerol Synthesis):
  - 过程: 甘油和脂肪酸酯化生成甘油三酯
  - 场所: 内质网
  - 意义: 储存脂肪酸
- 4. 甘油三酯分解 (Lipolysis):
  - 过程: 甘油三酯分解为甘油和脂肪酸
  - 场所: 细胞质
  - 调控: 激素敏感性脂肪酶 (HSL) 活性受激素调控
- 5. 酮体生成 (Ketogenesis):
  - 过程: 乙酰CoA转化为酮体 (乙酰乙酸, β-羟丁酸, 丙酮)
  - 场所: 肝脏线粒体
  - 意义: 在饥饿或糖尿病时，作为大脑和心脏的能量来源
- 6. 胆固醇代谢:
  - 合成: 由乙酰CoA合成
  - 运输: 通过脂蛋白 (LDL, HDL) 运输
  - 功能: 细胞膜组分, 激素前体
C. 蛋白质代谢
- 1. 氨基酸合成 (Amino Acid Synthesis):
  - 分类: 必需氨基酸和非必需氨基酸
  - 来源: α-酮酸的氨基化
- 2. 氨基酸分解 (Amino Acid Degradation):
  - 过程: 脱氨基, 转氨基
  - 产物: α-酮酸, 氨
  - 去路: α-酮酸进入代谢途径, 氨转化为尿素
- 3. 尿素循环 (Urea Cycle):
  - 过程: 将氨转化为尿素
  - 场所: 肝脏线粒体和胞质
  - 意义: 消除体内氨的毒性
- 4. 蛋白质合成 (Protein Synthesis):
  - 过程: mRNA的翻译
  - 场所: 核糖体
  - 调控: 基因表达调控
D. 核酸代谢
- 1. 嘌呤合成 (Purine Synthesis):
  - 从头合成: 由小分子前体合成嘌呤核苷酸
  - 补救途径: 回收利用已存在的嘌呤碱基
- 2. 嘌呤分解 (Purine Degradation):
  - 过程: 嘌呤核苷酸分解为尿酸
  - 产物: 尿酸
  - 疾病: 痛风 (尿酸结晶沉积)
- 3. 嘧啶合成 (Pyrimidine Synthesis):
  - 从头合成: 由小分子前体合成嘧啶核苷酸
  - 补救途径: 回收利用已存在的嘧啶碱基
- 4. 嘧啶分解 (Pyrimidine Degradation):
  - 过程: 嘧啶核苷酸分解为β-丙氨酸或β-氨基异丁酸
  - 产物: 可溶性代谢物

三、能量代谢

ATP (三磷酸腺苷):
- 定义: 细胞的“能量货币”
- 结构: 腺嘌呤, 核糖, 三个磷酸基团
- 功能: 提供能量用于细胞的各项活动 (如肌肉收缩, 主动运输, 合成反应)
电子传递链 (Electron Transport Chain):
- 过程: NADH和FADH2传递电子，驱动H+泵入线粒体内膜间隙，形成质子梯度
- 场所: 线粒体内膜
- 组成: 复合物I, II, III, IV
- 末端电子受体: 氧气 (O2)
氧化磷酸化 (Oxidative Phosphorylation):
- 过程: 利用质子梯度驱动ATP合成酶合成ATP
- 场所: 线粒体内膜
- ATP合成酶: 复合物V
- 偶联: 电子传递链和ATP合成偶联在一起
解偶联剂:
- 定义: 破坏质子梯度，使电子传递链和ATP合成解偶联
- 例子: 解偶联蛋白 (UCP)
- 结果: 产热

四、代谢调控

酶的调节:
- 变构调节: 通过配体结合改变酶的构象和活性
- 共价修饰: 通过磷酸化, 乙酰化等修饰酶的活性
- 酶的量: 通过基因表达调控酶的合成量
激素调节:
- 胰岛素: 促进葡萄糖摄取, 糖原合成, 脂肪酸合成, 蛋白质合成
- 胰高血糖素: 促进糖原分解, 糖异生, 脂肪酸分解
- 肾上腺素: 促进糖原分解, 脂肪酸分解
- 皮质醇: 促进糖异生, 蛋白质分解
细胞信号通路:
- AMPK (AMP激活的蛋白激酶): 感应细胞能量状态，调节代谢途径
- mTOR (哺乳动物雷帕霉素靶蛋白): 调控细胞生长和增殖，影响代谢
遗传调控:
- 转录因子: 调控代谢酶基因的表达
- microRNA: 调控mRNA的稳定性和翻译

五、代谢紊乱与疾病

糖尿病 (Diabetes Mellitus):
- 类型: I型糖尿病 (胰岛素依赖型), II型糖尿病 (胰岛素抵抗型)
- 病理: 血糖升高, 糖代谢紊乱
- 并发症: 血管病变, 神经病变, 肾脏病变
肥胖 (Obesity):
- 病理: 脂肪组织过度积累
- 风险: 糖尿病, 心血管疾病, 癌症
代谢综合征 (Metabolic Syndrome):
- 定义: 一组代谢紊乱的集合 (高血压, 高血糖, 高血脂, 腹型肥胖)
- 风险: 心血管疾病, 糖尿病
遗传代谢病 (Inborn Errors of Metabolism):
- 定义: 由于基因缺陷导致特定代谢途径功能障碍
- 例子: 苯丙酮尿症 (PKU), 半乳糖血症
癌症 (Cancer):
- 瓦博格效应 (Warburg effect): 癌细胞即使在有氧条件下也倾向于进行糖酵解
- 代谢重编程: 癌细胞改变代谢途径以满足快速生长和增殖的需求

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