在缺氧的情況下，葡萄糖生成乳酸的過程稱為糖的無氧分解，也稱糖酵解（glycolysis）。

（一）糖酵解的反應過程

該過程可分為兩個階段：第一個階段是由葡萄糖分解成丙酮酸的過程稱為糖酵解途徑；第二個階段為丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岬倪^程。由于催化糖酵解反應的酶均存在于細胞質(zhì)中，故糖酵解的全部反應在細胞質(zhì)中進行。

1．葡萄糖分解成丙酮酸——糖酵解途徑

（1）葡萄糖磷酸化成6－磷酸葡萄糖（glucose－6－phosphate，G－6－P）：葡萄糖進入細胞后首先發(fā)生C6的磷酸化生成6－磷酸葡萄糖，磷酸基團由ATP提供。磷酸化的葡萄糖不能自由通過細胞膜而逸出細胞。此反應在細胞內(nèi)不可逆，由己糖激酶（hexokinase，HK）催化。哺乳類動物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)有四種己糖激酶的同工酶，分別稱為Ⅰ至Ⅳ型。肝細胞中存在的是Ⅳ型，通常稱為葡萄糖激酶（glucokinase，GK），它對葡萄糖的親和力很低，Km值為10mmol／L左右，在較高的葡萄糖濃度時才能充分發(fā)揮作用。而Ⅰ～Ⅲ型己糖激酶對葡萄糖有較高的親和力，Km值為0．1mmol／L左右。當血糖濃度升高時，GK的活性增高，肝臟可不斷地將葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸葡萄糖，進而合成糖原而減緩血糖濃度的升高；血糖濃度降低時，GK活性降低，從而避免肝臟從血液中攝取過多的葡萄糖。因此，GK在調(diào)節(jié)葡萄糖的磷酸化及維持血糖水平恒定方面起著重要的生理作用。該步反應是耗能反應，消耗1分子ATP，反應不可逆。這是糖酵解過程中第一個限速步驟。己糖激酶（或葡萄糖激酶）為限速酶。

若糖原分子中的葡萄糖基進入糖酵解途徑時，則必須先在磷酸化酶的作用下生成1－磷酸葡萄糖，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸葡萄糖。

（2）6－磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸果糖（fructose－6－phosphate，F(xiàn)－6－P）：這是由磷酸己糖異構(gòu)酶催化的己醛糖和己酮糖之間的異構(gòu)化反應，是需要Mg2＋參與的可逆反應。

（3）6－磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?，6－二磷酸果糖（fructose－1，6－biphosphate，F(xiàn)－1，6－BP或FBP）：該反應需ATP和Mg2＋參與，由6－磷酸果糖激酶－1（6－phosphofructo－kinase－1，PFK1）催化，反應不可逆，是糖酵解的第二個限速步驟，6－磷酸果糖激酶－1是糖酵解過程最重要的限速酶。

（4）磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖：此反應可逆，由醛縮酶催化1，6－二磷酸果糖裂解為磷酸二羥丙酮和3－磷酸甘油醛。

（5）磷酸二羥丙酮和3－磷酸甘油醛互為同分異構(gòu)體，在磷酸丙糖異構(gòu)酶催化下可相互轉(zhuǎn)變。由于3－磷酸甘油醛不斷進入糖酵解的后續(xù)反應，磷酸二羥丙酮就不斷向3－磷酸甘油醛轉(zhuǎn)化，其結(jié)果相當于1分子1，6－二磷酸果糖生成2分子3－磷酸甘油醛。

（6）3－磷酸甘油醛氧化為1，3－二磷酸甘油酸：3－磷酸甘油醛脫氫酶催化3－磷酸甘油醛的醛基氧化為羧基以及羧基的磷酸化，NAD＋為其輔酶接受氫和電子。氧化時釋出的能量保存于羧酸與磷酸構(gòu)成的混合酸酐內(nèi)，生成高能化合物1，3－二磷酸甘油酸，這是糖酵解過程中惟一的脫氫反應，反應過程可逆。

（7）1，3－二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3－磷酸甘油酸：在Mg2＋存在下，磷酸甘油酸激酶催化混合酸酐上的磷酸基團轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP和3－磷酸甘油酸，這是糖酵解過程中第一個產(chǎn)生ATP的反應。這種將底物分子中的高能磷酸基直接轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP的過程稱為底物水平磷酸化。

（8）3－磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸甘油酸：由磷酸甘油酸變位酶催化，3－磷酸甘油酸C3位上的磷酸基轉(zhuǎn)移到C2位上，生成2－磷酸甘油酸。此反應可逆，在反應中Mg2＋是必需的。

（9）2－磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸：由烯醇化酶催化，2－磷酸甘油酸在脫水過程中引起分子內(nèi)部電子重排和能量重新分布，生成高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸。

（10）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸：此反應由丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）催化，需要K＋和Mg2＋參與。磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸基轉(zhuǎn)給ADP生成ATP及丙酮酸。這是糖酵解途徑中第二次底物水平磷酸化，反應不可逆，是糖酵解途徑中第三個限速步驟。

2．丙酮酸還原成乳酸　這一反應由乳酸脫氫酶催化，乳酸脫氫酶的輔酶是NAD＋或NADH＋H＋。丙酮酸還原成乳酸所需供氫體NADH來自于3－磷酸甘油醛的脫氫反應。在缺氧情況下，NADH＋H＋供氫給丙酮酸還原為乳酸后轉(zhuǎn)變?yōu)镹AD＋，繼續(xù)參與3－磷酸甘油醛的脫氫，糖酵解才能繼續(xù)進行，該反應可逆。當供氧充足時，細胞質(zhì)中生成的NADH＋H＋則可進入線粒體，經(jīng)呼吸鏈氧化生成水同時釋出大量能量。

糖酵解的全部反應過程可歸納如圖4－1。

圖4－1　糖酵解的代謝途徑

（二）糖酵解反應的特點

1．糖酵解反應的全過程沒有氧的參與，乳酸是糖酵解的終產(chǎn)物。

2．糖酵解反應過程中釋放的能量較少。通過兩次底物水平磷酸化，1分子葡萄糖可凈生成2分子ATP；若從糖原開始，則糖原分子的一個葡萄糖單位經(jīng)糖酵解凈生成3分子ATP。

3．糖酵解反應過程有三步不可逆反應，分別由己糖激酶（肝中為葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶－1和丙酮酸激酶催化，也是糖酵解途徑的關(guān)鍵酶，其中以磷酸果糖激酶－1的活性最低，是最重要的限速酶。

（三）糖酵解的調(diào)節(jié)

糖酵解的調(diào)節(jié)主要通過調(diào)節(jié)上述三個關(guān)鍵酶的活性來實現(xiàn)。

1．激素的調(diào)節(jié)作用　胰島素可誘導糖酵解反應中三個關(guān)鍵酶的合成，提高其催化活性，因而使糖酵解過程增強。

2．代謝物對限速酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)　6－磷酸果糖激酶－1是調(diào)節(jié)糖酵解速度最主要的調(diào)節(jié)點，它是一個四聚體，受多種變構(gòu)效應劑的影響。ATP和檸檬酸是此酶的變構(gòu)抑制劑；AMP、ADP、1，6－二磷酸果糖和2，6－二磷酸果糖是該酶的變構(gòu)激活劑，其中2，6－二磷酸果糖的作用最強。AMP可與ATP競爭變構(gòu)結(jié)合部位，抵消ATP的抑制作用。

當消耗能量過多，ATP／AMP比值降低時，6－磷酸果糖激酶－1被激活，加速糖的分解；反之，細胞內(nèi)ATP儲備豐富時，通過糖酵解分解的葡萄糖就減少。

（四）糖酵解的生理意義

糖酵解最主要的生理意義是為機體迅速提供能量，這對肌肉收縮尤為重要。1分子葡萄糖酵解可凈生成2分子ATP，糖原分子中的每個葡萄糖單位酵解可凈產(chǎn)生3分子ATP，糖酵解產(chǎn)生的能量雖然不多，但在某些情況下具有重要意義。

1．在機體缺氧時迅速提供能量供機體需要　正常生理情況下，人體主要靠糖的有氧氧化供能。但在氧供應不足時，如劇烈運動肌肉處于相對缺氧的狀態(tài)，或者呼吸、循環(huán)障礙、嚴重貧血、大量失血等造成機體缺氧情況下，能量主要通過糖酵解獲得。

2．是某些組織和細胞的主要獲能方式　成熟紅細胞沒有線粒體，不能進行糖的有氧氧化，完全依賴糖酵解供應能量；神經(jīng)、白細胞、骨髓等組織代謝極為活躍，即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量；視網(wǎng)膜、睪丸等也主要以糖酵解供能。