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简而言之。糖酵解是葡萄糖在细胞质中进行分解代谢的通用途径：共计 10 个反应，其中 3 个反应不可逆且具调控作用——己糖激酶/葡萄糖激酶 (第1步)、磷酸果糖激酶-1 (第3步，主要控制点)、丙酮酸激酶 (第10步)。净能量平衡：1 分子葡萄糖 → 2 分子丙酮酸 + 2 分子 ATP + 2 分子 NADH。有氧条件下：丙酮酸 → PDH 复合体 → 乙酰辅酶A → 三羧酸循环。无氧条件下：丙酮酸 → 乳酸 (LDH，再生 NAD⁺)。临床意义：丙酮酸激酶缺乏症（溶血性贫血）、肿瘤中的瓦伯格效应、糖尿病以及通过果糖-2,6-二磷酸进行的调节。
1. 定位与总体方案
- 发生于所有细胞的胞浆中。
- 输入：葡萄糖 (6C) + 2 ATP + 2 NAD⁺ + 4 ADP + 2 Pi。
- 输出：2 丙酮酸 (3C) + 2 ATP（净产值）+ 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O。
- 阶段：准备期（1-5 步，消耗 2 ATP）和氧化期（6-10 步，产生 4 ATP）。
- 葡萄糖通过 GLUT 转运体（1-5）进入细胞：肝脏及 β 细胞中的 GLUT2（胰岛素非依赖型），肌肉和脂肪组织中的 GLUT4（胰岛素依赖型）。
2. 糖酵解的 10 个反应
| № | 反应 | 酶 | 特征 |
|---|---|---|---|
| 1 | 葡萄糖 → 6-磷酸葡萄糖 | 己糖激酶 (HK) / 葡萄糖激酶 | 消耗 ATP；不可逆；HK 受产物抑制 |
| 2 | 6-磷酸葡萄糖 → 6-磷酸果糖 | 磷酸葡萄糖异构酶 | 可逆 |
| 3 | 6-磷酸果糖 → 1,6-二磷酸果糖 | PFK-1 | 消耗 ATP；不可逆；主要控制点 |
| 4 | 1,6-二磷酸果糖 → DHAP + GAP | 醛缩酶 | 裂解为两个丙糖 |
| 5 | DHAP ⇄ GAP | 磷酸丙糖异构酶 | 快速平衡 |
| 6 | GAP → 1,3-二磷酸甘油酸 | GAP 脱氢酶 | NAD⁺ → NADH；消耗 Pi；受砷剂抑制 |
| 7 | 1,3-二磷酸甘油酸 → 3-磷酸甘油酸 | 磷酸甘油酸激酶 | +ATP（底物水平磷酸化） |
| 8 | 3-磷酸甘油酸 → 2-磷酸甘油酸 | 磷酸甘油酸变位酶 | 可逆 |
| 9 | 2-磷酸甘油酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸 | 烯醇化酶 | 受氟化物抑制（含 NaF 的采血管） |
| 10 | 磷酸烯醇式丙酮酸 → 丙酮酸 | 丙酮酸激酶 | +ATP；不可逆；别构调节 |
3. 关键调控酶
己糖激酶 / 葡萄糖激酶
- HK 广泛存在于各组织；亲和力高（Km 约为 0.1 mmol/L），受 6-磷酸葡萄糖抑制。
- 葡萄糖激酶（GK IV）存在于肝脏、β 细胞：亲和力低（Km 约为 10 mmol/L），不受 6-磷酸葡萄糖抑制，受胰岛素诱导。
- 生理意义：当葡萄糖浓度高时，肝脏和 β 细胞增强摄取（血糖稳态控制）。
PFK-1（磷酸果糖激酶-1）
- 糖酵解的主要调控位点。
- 激活剂：AMP、果糖-2,6-二磷酸（强效激活剂，对胰岛素作出反应）、↓ ATP。
- 抑制剂：ATP、柠檬酸、↓ pH（乳酸酸中毒）。
- 果糖-2,6-二磷酸由 PFK-2 合成（PFK-2/F-2,6-BPase 的双重功能）：在肝脏中，高胰岛素时 ↑，高胰高血糖素时 ↓（PKA 磷酸化）。
丙酮酸激酶
- 同工酶：L 型（肝/肾）、M1 型（肌/脑）、M2 型（增殖/肿瘤）。
- 由 F-1,6-BP 激活（直接的“前馈”调节）。
- L 型：通过磷酸化失活（PKA、胰高血糖素 → 肝糖解 ↓）。
- 缺乏症：常染色体隐性遗传性溶血性贫血。
4. 能量平衡
- 消耗：2 ATP（第 1 和第 3 反应）。
- 生成：4 ATP（2 × 第 7 和第 10 反应，底物水平磷酸化）。
- 净生成：+2 ATP + 2 NADH + 2 丙酮酸。
- 若 NADH 通过甘油磷酸穿梭进入线粒体 — 2 FADH₂ → 3 ATP（总量 +5）。
- 苹果酸-天冬氨酸穿梭 — 基质中的 2 NADH → 5 ATP（总量 +7）。
- 1 分子葡萄糖完全需氧氧化分解：30–32 ATP。
5. 丙酮酸的去向
- 需氧：丙酮酸脱氢酶复合体（PDC） → 乙酰辅酶 A + NADH + CO₂ → 三羧酸循环（TCA）。
- 厌氧：乳酸脱氢酶（LDH） → 乳酸 + NAD⁺（辅酶再生）。
- 糖异生：丙酮酸羧化酶 → 草酰乙酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸（在肝脏、肾皮质）。
- 丙氨酸-丙氨酸循环：丙酮酸转氨基 → 丙氨酸（肝脏 → 糖异生）。
- 科里循环（Cori cycle）：肌肉 → 乳酸 → 肝脏 → 糖异生 → 肌肉。
6. 激素调节
- 胰岛素：通过 ↑ 果糖-2,6-二磷酸、↑ 葡萄糖激酶和丙酮酸激酶的表达来激活糖解；使丙酮酸激酶去磷酸化。
- 胰高血糖素/肾上腺素：通过使丙酮酸激酶磷酸化（L 型）及 ↓ 果糖-2,6-二磷酸，抑制肝糖解。
- 在肌肉中 — 肾上腺素激活糖解（通过 AMP 和 Ca²⁺）。
- 皮质醇 — 促进糖异生，抑制外周组织糖解。
7. 无氧糖解
- O₂ 或线粒体缺乏时：丙酮酸通过 LDH 转化为乳酸。
- 重要性：红细胞（无线粒体）、高强度负荷下的骨骼肌、肿瘤（瓦伯格效应）、缺氧时的脑。
- 科里循环：乳酸 → 肝脏 → 葡萄糖 → 肌肉；依靠肝脏支持肌肉运转。
- 乳酸酸中毒：休克、脓毒症、二甲双胍中毒时，乳酸 ↑ > 4 mmol/L。
8. 瓦伯格效应（Warburg effect）
- 肿瘤细胞即使在 O₂ 充足的情况下也主要进行有氧糖解（产生乳酸）。
- 原因：快速获取 ATP、为生物合成提供中间代谢物、适应肿瘤缺氧环境。
- 关键分子：HIF-1α、mTOR、PI3K/Akt、c-Myc。
- 临床用于 PET 显像（¹⁸F-FDG 在肿瘤中浓聚）。
9. 先天性代谢缺陷
- 丙酮酸激酶缺乏症 — 溶血性贫血（无线粒体的红细胞无法生成 ATP）。
- 葡萄糖激酶缺乏症 — MODY 2（轻度糖尿病，“良性空腹高血糖”）。
- 醛缩酶 A 缺乏症 — 溶血性贫血 + 肌病。
- 磷酸甘油酸激酶缺乏症 — X 连锁；肌病 + 中枢神经系统症状。
- 3-磷酸甘油醛脱氢酶缺乏症 — 极罕见。
10. 糖解抑制剂
- 碘乙酸 — 3-磷酸甘油醛脱氢酶抑制剂（不可逆烷基化 SH 基团）。
- 砷（砷酸盐） — 解偶联 1,3-BPG → 3-PG，在第 7 步阻断 ATP 生成。
- 氟化物 — 烯醇化酶抑制剂；用于含 NaF 的采血管以稳定血中葡萄糖。
- 2-脱氧葡萄糖 — 葡萄糖类似物，不被代谢 → 阻断己糖激酶（正在肿瘤学中研究）。
11. 与其他途径的关系
- 磷酸戊糖途径 — 从 G6P 分支，提供 NADPH 和核糖-5-磷酸。
- 糖原分解 → G1P → G6P → 糖解。
- 糖异生 — 逆向途径（通过特异性酶绕过不可逆步骤）。
- 果糖通过 DHAP 和 GAP 进入糖解（在肝脏中通过果糖激酶和醛缩酶 B；后者缺乏导致遗传性果糖不耐受）。
- 半乳糖 — 通过勒卢瓦尔途径（Leloir pathway） → 葡萄糖-1-磷酸 → G6P。
12. FAQ
为什么红细胞只使用糖解？
成熟红细胞没有线粒体 → 无法进行氧化磷酸化。全部能量来源于糖解产生的每分子葡萄糖 2 ATP + 乳酸。
红细胞中的 2,3-BPG 支路是什么？
从 1,3-BPG 经双磷酸甘油酸变位酶分出的支路 → 2,3-BPG（Hb 对 O₂ 亲和力的调节剂，引起解离曲线右移）。代价是损失 1 ATP（绕过了第 7 步反应）。
为什么酗酒会引起低血糖？
乙醇代谢消耗 NAD⁺ → 肝脏中 NADH 积聚 → 平衡移动：丙酮酸 → 乳酸，草酰乙酸 → 苹果酸。这在长期饥饿伴酒精摄入时会阻断糖异生。
二甲双胍是如何起作用的？
抑制呼吸链复合物 I → ↓ ATP → ↑ AMP → 激活 AMPK → ↓ 糖异生、↑ 糖解、↑ 胰岛素敏感性。潜在风险是慢性肾脏病（CKD）患者发生乳酸酸中毒。
为什么糖尿病患者在外周组织中糖解降低，但在肝脏中却不明原因地升高？
在胰岛素依赖性组织（肌肉、脂肪）中，膜上无 GLUT4 → 葡萄糖无法摄取 → 糖解 ↓。在肝脏中（GLUT2 为非胰岛素依赖），葡萄糖可自由进入，但在缺乏胰岛素时，果糖-2,6-二磷酸 ↓ → PFK-1 ↓ → 活跃的糖异生 → 高血糖。
另见： 三羧酸循环 · β-氧化 · 糖异生 · 糖尿病 · 生物化学目录