细胞代谢 思维导图
中心主题：细胞代谢
核心概念： 细胞内所有化学反应的总和,是生命活动的物质和能量基础。
核心概念与基本原理
- 定义与范畴
- 物质代谢: 细胞内各种化学物质的合成与分解。
- 同化作用: 小分子 → 大分子（合成代谢,消耗能量）
- 异化作用: 大分子 → 小分子（分解代谢,释放能量）
- 能量代谢: 能量的释放、转换、储存和利用。
- 产能: 分解有机物,释放能量。
- 耗能: 合成有机物,吸收能量。
- 物质代谢: 细胞内各种化学物质的合成与分解。
- 新陈代谢的特点
- 酶促性: 由酶催化,具有高效性和特异性。
- 有序性: 步骤严谨，相互协调,形成代谢网络。
- 自我调节性: 通过反馈、变构、激素等多种方式进行调控。
- 适应性: 能根据内外环境变化调整代谢速率。
- 代谢中的关键角色
- ATP (三磷酸腺苷): “能量货币”,直接供能。
- 辅酶/辅基: 如 NAD⁺, FAD, CoA,传递电子和化学基团。
- 酶: 生物催化剂,降低反应活化能。
- 载体: 如 ATP, NADPH, 还原型铁硫蛋白,传递能量或高能电子。
主要代谢途径
- 糖代谢
- 分解代谢 (产能):
- 糖酵解: 细胞质中进行，葡萄糖 → 丙酮酸。
- 特点: 无氧条件下进行，净生成少量 ATP 和 NADH。
- 三羧酸循环: 线粒体基质中进行，丙酮酸 → 乙酰辅酶A → CO₂。
- 特点: 有氧代谢的核心，彻底氧化，释放大量能量（产生 NADH, FADH₂）。
- 氧化磷酸化: 线粒体内膜上进行。
- 过程: 电子传递链 + 化学渗透。
- 特点: 糖代谢产能的主要方式，产生大量 ATP。
- 磷酸戊糖途径: 细胞质中进行。
- 功能: 产生 NADPH（还原力）和核糖（核酸合成原料）。
- 糖酵解: 细胞质中进行，葡萄糖 → 丙酮酸。
- 合成代谢 (耗能):
- 糖异生: 非糖物质（如乳酸、甘油、氨基酸）→ 葡萄糖。
- 场所: 主要在肝脏。
- 糖原合成: 葡萄糖 → 糖原（储存形式）。
- 糖异生: 非糖物质（如乳酸、甘油、氨基酸）→ 葡萄糖。
- 分解代谢 (产能):
- 脂质代谢
- 分解代谢:
- β-氧化: 线粒体中进行，脂肪酸 → 乙酰辅酶A。
- 特点: 乙酰辅酶A 进入 TCA 循环,产能效率高。
- β-氧化: 线粒体中进行，脂肪酸 → 乙酰辅酶A。
- 合成代谢:
- 脂肪酸合成: 细胞质中进行，乙酰辅酶A → 脂肪酸。
- 原料: 乙酰辅酶A，NADPH（来自磷酸戊糖途径）。
- 脂肪合成: 脂肪酸 + 甘油 → 甘油三酯（储存）。
- 脂肪酸合成: 细胞质中进行，乙酰辅酶A → 脂肪酸。
- 分解代谢:
- 蛋白质代谢
- 分解代谢:
- 脱氨基作用: 氨基酸在肝脏等部位脱去氨基，形成 α-酮酸。
- 尿素循环: 肝脏中将有毒的氨（NH₃）转化为无毒的尿素,排出体外。
- α-酮酸的去路: 进入 TCA 循环氧化供能,或用于合成非必需氨基酸。
- 合成代谢:
- 蛋白质合成: 核糖体上，以 mRNA 为模板，合成多肽链。
- 原料: 20种氨基酸。
- 能量消耗: 需要大量 ATP 和 GTP。
- 蛋白质合成: 核糖体上，以 mRNA 为模板，合成多肽链。
- 分解代谢:
- 核酸代谢
- 分解代谢:
- 核酸酶水解核酸 → 核苷酸。
- 核苷酸酶水解核苷酸 → 核苷 + 磷酸。
- 核苷分解 → 嘌呤/嘧啶 + 核糖/脱氧核糖。
- 合成代谢:
- 核苷酸合成: 从头合成途径和补救合成途径。
- 原料: 氨基酸、一碳单位、CO₂、磷酸核糖等。
- 功能: 为 DNA 和 RNA 复制、修复提供原料。
- 核苷酸合成: 从头合成途径和补救合成途径。
- 分解代谢:
代谢的相互联系与调控
- 代谢之间的联系
- 物质联系:
- 糖 → 脂肪: 糖酵解产物乙酰辅酶A 是脂肪酸合成的原料。
- 脂肪 → 糖: 甘油可通过糖异生转化为葡萄糖,但脂肪酸不能。
- 糖/脂肪 → 氨基酸: TCA 循环中间产物可作为“碳骨架”,用于合成非必需氨基酸。
- 蛋白质 → 糖/脂肪: 氨基酸脱氨基后,其碳骨架可进入糖代谢或脂代谢途径。
- 能量联系:
糖、脂肪、蛋白质三大营养物质分解代谢的最终阶段都是 TCA 循环和氧化磷酸化，共同产生 ATP。
- 物质联系:
- 代谢调控的层次
- 细胞水平调控 (主要):
- 酶活性调节:
- 变构调节: 效应物与酶的变构部位结合，改变酶活性（如 ATP/ADP 对关键酶的调节）。
- 共价修饰: 酶蛋白通过磷酸化/去磷酸化等方式快速改变活性（如糖原合酶/磷酸化酶）。
- 酶含量调节: 通过改变酶蛋白的合成（诱导/阻遏）和降解来长期调节代谢速率。
- 酶活性调节:
- 激素水平调控 (整体协调):
- 胰岛素: “合成激素”，促进糖原、脂肪、蛋白质合成。
- 胰高血糖素/肾上腺素: “分解激素”，促进糖原分解、糖异生、脂肪分解。
- 神经系统调控 (最高级):
通过调节内分泌腺的活动,间接影响全身代谢。
- 细胞水平调控 (主要):
代谢的意义与异常
- 生物学意义
- 能量供应: 为生命活动（如肌肉收缩、神经传导、物质运输）提供能量。
- 物质合成: 为细胞生长、修复、增殖提供原料。
- 废物转化与排泄: 将代谢废物（如 CO₂、尿素）转化为无毒形式并排出。
- 维持内环境稳态: 通过复杂的代谢网络,维持细胞内环境的相对稳定。
- 代谢异常与疾病
- 糖尿病: 胰岛素绝对或相对缺乏，导致糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱。
- 高脂血症: 血脂水平过高,与心血管疾病密切相关。
- 痛风: 嘌呤代谢异常，导致尿酸生成过多或排泄减少,引发关节炎症。
- 遗传性代谢病: 基因突变导致关键酶缺陷，如苯丙酮尿症、白化病。
