糖是一類化學本質為多羥醛或多羥酮及其衍生物的有機化合物，糖代謝（carbohydrate metabolism）指葡萄糖(glucose，Glc)、糖原(glycogen，Gn)等在體內的一系列複雜的化學反應。在人體內糖的主要形式是葡萄糖(glucose，Glc)及糖原(glycogen，Gn)。
葡萄糖是糖在血液中的運輸形式，在機體糖代謝中占據主要地位；糖原是葡萄糖的多聚體,包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等，是糖在體內的儲存形式。葡萄糖與糖原都能在體內氧化提供能量。食物中的糖是機體中糖的主要來源，被人體攝入經消化成單糖吸收後，經血液運輸到各組織細胞進行合成代謝和分解代謝。機體內糖的代謝途徑主要有葡萄糖的無氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑、多元醇途徑、糖原合成與糖原分解、糖異生以及其他己糖代謝等。
基本介紹
- 中文名：糖代謝
- 外文名：carbohydrate metabolism
- 類型：生物代謝
- 途徑：糖醛酸途徑、多元醇途徑等
- 對象：血糖
- 發生條件：催化劑
- 發生地點：人體組織
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血糖
血液中的葡萄糖，稱為血糖(blood glucose)體內血糖濃度是反映機體內糖代謝狀況的一項重要指標。正常情況下，血糖濃度是相對恆定的。正常人空腹血漿葡萄糖糖濃度為3.9～6.1mmol/L(葡萄糖氧化酶法）。空腹血漿葡萄糖濃度高於7．0 mmol/L稱為高血糖，低於3．9mmol/L稱為低血糖。要維持血糖濃度的相對恆定，必須保持血糖的來源和去路的動態平衡。
血糖代謝
血糖的來源：①食物中的糖是血糖的主要來源；②肝糖原分解是空腹時血糖的直接來源；③非糖物質如甘油、乳酸及生糖胺基酸通過糖異生作用生成葡萄糖，在長期飢餓時作為血糖的來源。
血糖的去路：①在各組織中氧化分解提供能量，這是血糖的主要去路；②在肝臟、肌肉等組織進行糖原合成；③轉變為其他糖及其衍生物，如核糖、氨基糖和糖醛酸等；④轉變為非糖物質，如脂肪、非必需胺基酸等；⑤血糖濃度過高時，由尿液排出。血糖濃度大於8．9～10.00mmol/（160-180mg/dl），超過腎小管重吸收能力，出現糖尿。將開始出現糖尿時的血糖濃度稱為腎糖閾。糖尿病在理想情況下出現，常見於糖尿病患者。
血糖調節
正常人體血糖濃度維持在一個相對恆定的水平，這對保證人體各組織器官的利用非常重要，特別是腦組織，幾乎完全依靠葡萄糖供能進行神經活動，血糖供應不足會使神經功能受損，因此血糖濃度維持在相對穩定的正常水平是極為重要的。
正常人體記憶體在著精細的調節血糖來源和去路動態平衡的機制，保持血糖濃度的相對恆定是神經系統、激素及組織器官共同調節的結果。
神經系統對血糖濃度的調節主要通過下丘腦和自主神經系統調節相關激素的分泌。激素對血糖濃度的調節，主要是通過胰島素、胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素、生長激素及甲狀腺激素之間相互協同、相互拮抗以維持血糖濃度的恆定。激素對血糖濃度的調節。
糖代謝相關資料
糖代謝相關資料肝臟是調節血糖濃度的最主要器官。血糖濃度和各組織細胞膜上葡萄糖轉運體（glucose transporters）是器官水平調節的兩個主要影響因素，此時細胞膜上葡萄糖轉運體家族有GLUT1-5，是雙向轉運體。在正常血糖濃度情況下，各組織細胞通過細胞膜上GLUT1和 GLUT3攝取葡萄糖作為能量來源；當血糖濃度過高是，肝細胞膜上的GLUT2起作用，快速攝取過多的葡萄糖進入肝細胞，通過肝糖原合成來降低血糖濃度；血糖濃度過高會刺激胰島素分泌，導致肝臟及肌肉和脂肪組織細胞膜上GLUT4的量迅速增加，加快對血液中葡萄糖的吸收，合成肌糖原或轉變成脂肪儲存起來。當血糖濃度偏低時，肝臟通過糖原分解及糖異生升高血糖濃度。
從體外實驗了解機體對血糖濃度的調節能力，可以通過葡萄糖耐量試驗（glucose tolerance test，GTT）獲得糖耐量試驗曲線加以理解。正常人由於存在精細的調節機制，空腹時正常血糖濃度是3.8-6.1 mmol/L，在口服或靜脈注射葡萄糖2小時後血糖濃度<7.8 mmol/L。糖耐量減退病人，一般空腹血糖濃度<7.0 mmol/L，口服或靜脈注射葡萄糖0.5-1小時後最高濃度<11.1 mmol/L，2小時血糖濃度≥7.8 mmol/L並且<11.1mmol/L，稱為亞臨床或無症狀的糖尿病，糖耐量試驗在這種病人的早期診斷上頗具意義。典型的糖尿病人糖耐量試驗為：空腹血糖濃度在6.1-7.0 mmol/L，口服或靜脈注射葡萄糖2小時後血糖濃度7.8-11.1 mmol/L，說明病人調節血糖濃度能力降低。臨床上建議檢測空腹血糖濃度和2小時餐後血糖濃度，簡化糖耐量試驗過程。
消化吸收
食物中的澱粉經唾液中的α-澱粉酶作用，催化澱粉中α-1，4-糖苷鍵的水解，產物是葡萄糖、麥芽糖、麥芽寡糖及糊精。由於食物在口腔中停留時間短，澱粉的主要消化部位在小腸。小腸中含有胰腺分泌的α-澱粉酶，催化澱粉水解成麥芽糖、麥芽三糖、α-臨界糊精和含分支的異麥芽糖。在小腸黏膜刷狀緣上，含有α-糊精酶，此酶催化α-極限糊精的α-1，4-糖苷鍵及α-1，6-糖苷鍵水解，使α-糊精水解成葡萄糖；刷狀緣上還有麥芽糖酶可將麥芽三糖及麥芽糖水解為葡萄糖。小腸黏膜還有蔗糖酶和乳糖酶，前者將蔗糖分解成葡萄糖和果糖，後者將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，有些成人由於乳糖酶缺乏，在食用牛奶後發生乳糖消化吸收障礙，而引起腹脹、腹瀉等症狀。
糖被消化成單糖後的主要吸收部位是小腸上段，己糖尤其是葡萄糖被小腸上皮細胞攝取是一個依賴Na+的耗能的主動攝取過程，有特定的載體參與：在小腸上皮細胞刷狀緣上，存在著與細胞膜結合的Na+-葡萄糖聯合轉運體，當Na+經轉運體順濃度梯度進入小腸上皮細胞時，葡萄糖隨Na+一起被移入細胞內，這時對葡萄糖而言是逆濃度梯度轉運。這個過程的能量是由Na+的濃度梯度（化學勢能）提供的，它足以將葡萄糖從低濃度轉運到高濃度。當小腸上皮細胞內的葡萄糖濃度增高到一定程度，葡萄糖經小腸上皮細胞基底面單向葡萄糖轉運體（unidirectional glucose transporter）順濃度梯度被動擴散到血液中。小腸上皮細胞內增多的Na+通過鈉鉀泵（Na+-K+ATP酶），利用ATP提供的能量，從基底面被泵出小腸上皮細胞外，進入血液，從而降低小腸上皮細胞內Na+濃度，維持刷狀緣兩側Na+的濃度梯度，使葡萄糖能不斷地被轉運。
糖代謝
糖代謝無氧酵解
無氧酵解
參與糖酵解反應的一系列酶存在在細胞質中，因此糖酵解的全部反應過程均在細胞質中進行。根據反應特點，可將整個過程分為四個階段：
一 己糖磷酸化：
⒈ 葡萄糖或糖原磷酸化為6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P）
⑴催化葡萄糖生成G-6-P的是己糖激酶（hexokinase，HK），ATP提供磷酸基團，Mg2+作為激活劑。這個反應的ΔG"0 =-16.7KJ/mol，基本是一個不可逆的反應。己糖激酶是糖酵解過程關鍵酶之一。
己糖激酶廣泛存在各組織中，Km為0.1mmol/L，對葡萄糖的親和力高。哺乳動物中已發現了四種己糖激酶的同工酶Ⅰ-Ⅳ型。Ⅳ型酶只存在於肝臟，對葡萄糖有高度專一性，又稱葡萄糖激酶(glucokinase，GK），GK對葡萄糖的Km為10mmol/L，對葡萄糖的親和力低，這種特性的存在，使GK催化的酶促反應只有在飲食後大量消化吸收的葡萄糖進入肝臟後才加強，生成糖原儲存於肝中，在維持血糖濃度恆定的過程中發揮了重要作用。
⑵從糖原開始的分解途徑，是糖原在磷酸化酶的作用下成為1-磷酸葡萄糖（G-1-P），再變位成為G-6-P。
⑶G-6-P是一個重要的中間代謝產物，是許多糖代謝途徑（無氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原合成、糖原分解）的連線點。
糖代謝
糖代謝⑷葡萄糖進入細胞後進行了一系列的磷酸化，其目的在於：磷酸化後的化合物極性增高，不能自由進出細胞膜，因而葡萄糖磷酸化後不易逸出胞外，反應限制在細胞質中進行；同時從ATP中釋放出的能量儲存到了6-磷酸葡萄糖中；另外結合了磷酸基團的化合物不僅能減低酶促反應的活化能，同時能提高酶促反應的特異性。
2． G-6-P生成6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate,F-6-P）
此反應在磷酸己糖異構酶催化下進行，是一個醛-酮異構變化。
⒊ 6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖(Fructose l，6 bisphosphate，F-1，6-BP)
催化此反應的酶是6-磷酸果糖激酶1(6-phosphofructokinase1，PFK 1），這是糖酵解途徑的第二次磷酸化反應，需要ATP與Mg2+參與，ΔG"0 =-14.2KJ/mol，反應不可逆。
6-磷酸果糖激酶1是糖酵解過程的主要限速酶，是糖酵解過程中的主要調節點。
至此，糖酵解完成了代謝的第一個階段，這一階段的主要特點是葡萄糖的磷酸化，並伴隨著能量的消耗，糖酵解若從葡萄糖開始磷酸解，則每生成1分子F-1，6-BP消耗了2分子ATP；若從糖原開始磷酸解，則每生成1分子F-1，6-BP消耗1分子ATP。在這一階段中有二個不可逆反應，從葡萄糖開始由二個關鍵酶己糖激酶和6-磷酸果糖激酶1催化；從糖原開始由二個關鍵酶磷酸化酶和6-磷酸果糖激酶1催化，它們是糖酵解過程的調節點。
（二）1分子磷酸己糖裂解為2分子磷酸丙糖
F-1，6-BP裂解為2分子磷酸丙糖，此反應由醛縮酶催化，反應可逆。3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，兩者互為異構體，在磷酸丙糖異構酶催化下可互相轉變，當3-磷酸甘油醛在繼續進行反應時，磷酸二羥丙酮可不斷轉變為3-磷酸甘油醛，這樣1分子F-1，6-BP生成2分子3-磷酸甘油醛。
（三）2分子磷酸丙糖氧化為2分子丙酮酸
1．3-磷酸甘油醛脫氫氧化成為1，3-二磷酸甘油酸
此反應由3—磷酸甘油醛脫氫酶催化脫氫、加磷酸，其輔酶為NAD+，反應脫下的氫交給NAD+成為NADH+H+；反應時釋放的能量儲存在所生成的1，3-二磷酸甘油酸1位的羧酸與磷酸的構成的混合酸酐內，此高能磷酸基團可將能量轉移給ADP形成ATP。
2．1，3-二磷酸甘油酸轉變3-磷酸甘油酸
此反應由3-磷酸甘油酸激酶催化，產生1分子ATP，這是無氧酵解過程中第一次生成ATP。由於是1分子葡萄糖產生2分子1，3-二磷酸甘油酸，所以在這一過程中，1分子葡萄糖可產生2分子ATP。ATP的產生方式是底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation），能量是由底物中的高能磷酸基團直接轉移給ADP形成ATP。
3．3-磷酸甘油酸轉變成2-磷酸甘油酸
此反應由磷酸甘油酸變位酶催化，磷酸基團由3-位轉至2-位。
⒋2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)
此脫水反應由烯醇化酶所催化，Mg2+作為激活劑。反應過程中，分子內部能量重新分配，形成含有高能磷酸基團的磷酸烯醇式丙酮酸。
5．磷酸烯醇式丙酮酸轉變丙酮酸
此反應由丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK) 催化，Mg2+作為激活劑，產生1分子ATP，ΔG'0=-61.9KJ/mol，在生理條件下，此反應不可逆。丙酮酸激酶也是無氧酵解過程中的關鍵酶及調節點。
這是無氧酵解過程第二次生成ATP，產生方式也是底物水平磷酸化。由於是1分子葡萄糖產生2分子丙酮酸，所以在這一過程中，1分子葡萄糖可產生2分子ATP。
糖代謝
糖代謝反應的第二階段的特點是能量的產生。無氧酵解過程的能量產生主要在3-磷酸甘油醛脫氫成為1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸轉變為丙酮酸過程中，共產生4分子ATP，產生方式都是底物水平磷酸化。這一階段中丙酮酸激酶是糖酵解過程的另一個關鍵酶和調節點。
（四）2分子丙酮酸還原為2分子乳酸
在無氧條件下，丙酮酸被還原為乳酸。此反應由乳酸脫氫酶催化，乳酸脫氫酶有多種同工酶，骨骼肌中主要含有LDH5，它和丙酮酸親和力較高，有利於丙酮酸還原為乳酸，LDH5的輔酶是NAD+。還原反應所需的NADH+H+是3-磷酸甘油醛脫氫時產生，作為供氫體脫氫後成為NAD+，再作為3-磷酸甘油醛脫氫酶的輔酶。因此，NAD+來回穿梭，起著遞氫作用，使無氧酵解過程持續進行。在有氧的條件下，3-磷酸甘油醛脫氫產生的NADH+H+從細胞質中通過穿梭系統進入線粒體經電子傳遞鏈傳遞生成水，同時釋放出能量。
能量變化
1分子葡萄糖在缺氧的條件下轉變為2分子乳酸，同時伴隨著能量的產生，淨產生2分子ATP；糖原開始1分子葡萄糖單位糖酵解成乳酸，淨產生3分子ATP。
生理意義
（一） 主要的生理功能是在缺氧時迅速提供能量
（二）正常情況下為一些細胞提供部分能量
（三） 糖酵解是糖有氧氧化的前段過程，其一些中間代謝物是脂類、胺基酸等合成的前體。
糖酵調節
糖酵解途徑中有3個不可逆反應：分別由己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶1和丙酮酸激酶催化的反應。它們是糖無氧酵解途徑的三個調節點，其中以6-磷酸果糖激酶1的活性是該途徑中的主要調節點。
（一）己糖激酶活性的別構調節
骨骼肌中的己糖激酶的Km相對較小，在血糖達到一定濃度後，活性就能達到最高，它是一種別構酶，其活性受到自身反應產物6-磷酸葡萄糖的抑制。肝內的葡萄糖激酶的直接調節因素是血糖濃度，由於葡萄糖激酶Km相對較大，在餐後、血糖濃度很高時，過量的葡萄糖運輸到肝內，肝內的葡萄糖激酶激活；葡萄糖激酶也是別構酶，活性受到6-磷酸果糖的抑制，而不受6-磷酸葡萄糖的抑制，這樣可保證肝糖原順利合成。
（二）6-磷酸果糖激酶1的別構調節
6-磷酸果糖激酶1是糖酵解途徑中最重要的一個調節點，它是別構酶，由4個亞基組成，有很多激活劑和抑制劑。高濃度ATP、檸檬酸是此酶的變構抑制劑。ADP、AMP、2，6-二磷酸果糖（Fructose 2，6 bisphosphate，F-2，6-BP）是此酶的變構激活劑。2，6-二磷酸果糖儘管和1，6二磷酸果糖結構相似，但F-2，6-BP不是6-磷酸果糖激酶1的產物，而是6-磷酸果糖激酶1最強烈的激活劑、最重要的調節因素。
F-2，6-BP的生成是以6-磷酸果糖為底物在6-磷酸果糖激酶2(6-phosphofructokinase2，PFK2）催化下產生（圖6-5）。6-磷酸果糖激酶2是雙功能酶，包括6-磷酸果糖激酶2與2,6-二磷酸果糖酶2活性，它們同時存在於一條55x103(55kDa）的多肽鏈中。6-磷酸果糖激酶2的別構激活劑是底物F-6-P，在糖供應充分時，F-6-P激活雙功能酶中的6-磷酸果糖激酶2的活性、抑制2,6-二磷酸果糖酶2活性，產生大量F-2，6-BP。相反，在葡萄糖供應不足的情況下，胰高血糖素刺激產生cAMP，激活A激酶，使雙功能酶磷酸化後，雙功能酶中的6-磷酸果糖激酶2活性抑制而2,6-二磷酸果糖酶2活性激活，減少F-2，6-BP產生。由此可見，在高濃度葡萄糖的情況下，2，6-二磷酸果糖濃度提高，可激活6-磷酸果糖激酶1，促進糖酵解過程進行。F-2，6-BP在參與糖代謝調節中起著重要作用。
（三）丙酮酸激酶
丙酮酸激酶是糖酵解過程的第二個調節點，1，6-二磷酸果糖是此酶的別構激活劑，而ATP是該酶的別構抑制劑，ATP能降低該酶對底物磷酸烯醇式丙酮酸的親和力；乙醯輔酶A及游離長鏈脂肪酸也是該酶抑制劑，它們都是產生ATP的重要物質。
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糖代謝相關書籍有氧氧化
有氧氧化（aerobicoxidation）是指葡萄糖生成丙酮酸後，在有氧條件下，進一步氧化生成乙醯輔酶A，經三羧酸循環徹底氧化成水、二氧化碳及能量的過程。這是糖氧化的主要方式，是機體獲得能量的主要途徑。
反應過程
一、葡萄糖氧化生成丙酮酸；
這一階段和糖酵解過程相似，在細胞質中進行。在缺氧的條件下丙酮酸生成乳酸。在有氧的條件下丙酮酸進入線粒體生成乙醯輔酶A，再進入三羧酸循環。
二、丙酮酸氧化脫羧生成乙醯輔酶A
三、三羧酸循環
丙酮酸氧化脫羧生成的乙醯輔酶A要徹底進行氧化，這個氧化過程是三羧酸循環（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle）。三羧酸循環是Krebs於1937年發現的。故又稱Krebs循環。因為循環中第一個中間產物是檸檬酸，故又稱檸檬酸循環（citric acid cycle）。乙醯輔酶A與草醯乙酸縮合生成含有3個羧基的檸檬酸，再經過一系列反應重新變成草醯乙酸完成一輪循環，其中氧化反應脫下的氫經線粒體內膜上經呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成ATP；而脫羧反應生成的二氧化碳則通過血液運輸到呼吸系統而被排出，是體內二氧化碳的主要來源。
⒈三羧酸循環反應過程：
⑴乙醯輔酶A與草醯乙酸縮合生成檸檬酸
此反應由檸檬酸合酶（citrate synthase）催化，是三羧酸循環的關鍵酶，是重要的調節點。由於高能硫酯鍵水解時釋出較多自由能，ΔG'0=-32.2kJ/mol，此反應不可逆。
⑵檸檬酸經順烏頭酸生成異檸檬酸
此反應由順烏頭酸酶催化，檸檬酸脫水、加水生成異檸檬酸。
⑶異檸檬酸β-氧化、脫羧生成α-酮戊二酸
此反應在異檸檬酸脫氫酶作用下進行脫氫、脫羧，這是三羧酸循環中第一次氧化脫羧。異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase）是三羧酸循環的限速酶，是最主要的調節點，輔酶是NAD+，脫氫生成的NADH+H+經線粒體內膜上經呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。異檸檬酸先脫氫生成草醯琥珀酸，再脫羧生成α-酮戊二酸。ΔG'0=-20.9kJ/mol。
⑷α-酮戊二酸氧化、脫羧生成琥珀醯輔酶A
此反應在α-酮戊二酸脫氫酶複合體（α-ketoglutarate dehydrogenase complex）的催化下脫氫、脫羧生成琥珀醯輔酶A，這是三羧酸循環中第二次氧化脫羧。α-酮戊二酸脫氫酶複合體是三羧酸循環的關鍵酶，是第三個調節點。α-酮戊二酸脫氫酶複合體是多酶複合體，其組成及反應方式都與丙酮酸脫氫酶複合體相似。它所含的三種酶是α-酮戊二酸脫氫酶（需TPP）；硫辛酸琥珀醯基轉移酶（需硫辛酸和輔酶A）；二氫硫辛酸脫氫酶（需FAD、NAD+）。脫氫生成NADH+H+，經線粒體內膜上經呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
由於反應中分子內部能量重排，產物琥珀醯輔酶A中含有一個高能硫酯鍵，此反應不可逆。ΔG'0=-33.5kJ/mol。
糖代謝
糖代謝⑸琥珀醯輔酶A轉變為琥珀酸
此反應由琥珀酸硫激酶（琥珀醯輔酶A合成酶）催化，琥珀醯輔酶A中的高能硫酯鍵釋放能量，可以轉移給ADP（或GDP），形成ATP（或GTP）。細胞中有兩種同工酶，一種形成ATP，另一種形成GTP。這是因為琥珀酸硫激酶由α、β亞基組成，α亞基上有磷酸化的組氨酸殘基以及結合CoA的位點；β亞基上既可以結合ATP又可以結合GTP。形成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，將高能磷酸基團轉移給ADP生成ATP。這是三羧酸循環中唯一的一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP。
⑹琥珀酸脫氫轉變為延胡索酸
此反應由琥珀酸脫氫酶催化，輔酶是FAD，脫氫後生成FADH2，經線粒體內膜上經呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成2分子ATP。
⑺延胡索酸轉變為蘋果酸
此反應由延胡索酸酶催化，加水生成蘋果酸。
⑻蘋果酸脫氫生成草醯乙酸
此反應由蘋果酸脫氫酶催化，輔酶是NAD+，脫氫後生成NADH+H+，經線粒體內膜上經呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
⒉ 三羧酸循環的特點：
⑴三羧酸循環是乙醯輔酶A的徹底氧化過程。草醯乙酸在反應前後並無量的變化。三羧酸循環中的草醯乙酸主要來自丙酮酸的直接羧化。
⑵三羧酸循環是能量的產生過程，1分子乙醯CoA通過TCA經歷了4次脫氫（3次脫氫生成NADH+H+，1次脫氫生成FADH2）、2次脫羧生成CO2，1次底物水平磷酸化，共產生12分子ATP。
⑶三羧酸循環中檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶複合體是反應的關鍵酶，是反應的調節點。
⒊ 三羧酸循環的生理意義
⑴三羧酸循環是糖、脂和蛋白質三大物質代謝的最終代謝通路。糖、脂和蛋白質在體內代謝都最終生成乙醯輔酶A，然後進入三羧酸循環徹底氧化分解成水、CO2和產生能量。
⑵三羧酸循環是糖、脂和蛋白質三大物質代謝的樞紐。
氧化意義
糖有氧氧化的主要功能是提供能量，人體內絕大多數組織細胞通過糖的有氧氧化獲取能量。體內l分子葡萄糖徹底有氧氧化生成38（或36）分子 ATP。葡萄糖徹底氧化生成CO2、H2O的過程中，ΔG'0=-2840kJ/mol，生成了38分子 ATP，38×30.5 kJ/mol=1159 kJ/mol，產生能量的有效率為40%左右。
糖的有氧氧化中通過氧化磷酸化反應得到34（或32）分子ATP，通過底物水平磷酸化生成6分子ATP。在肝、腎、心等組織中l分子葡萄糖徹底氧化可生成38分子ATP，而骨骼肌及腦組織中只能生成36分子ATP，這一差別的原因是由於葡萄糖到丙酮酸這階段的反應是在細胞質中進行，3-磷酸甘油醛脫氫酶的輔酶NADH+H+又必須線上粒體內進行氧化磷酸化，因此NADH+H+要通過穿梭系統進入線粒體，由於穿梭系統的不同，最後獲得ATP數目亦不同。從糖原的葡萄糖殘基開始氧化，則每分子糖基氧化可形成39（或37）分子ATP。
氧化調節
糖有氧氧化中，葡萄糖生成丙酮酸過程的調節和糖酵解中一樣，這裡主要討論丙酮酸脫氫酶複合體和三羧酸循環的調節。
一 丙酮酸脫氫酶複合體的調節
丙酮酸脫氫酶複合體有別構調節和共價調節兩種。別構調節的抑制劑有ATP、乙醯輔酶A、NADH、脂肪酸等。激活劑是ADP、CoA、NAD+和Ca2+等。當[ATP]/[ADP]，[NADH]/[NAD+]和[乙醯CoA]/[ CoA]很高時，提示能量足夠，丙酮酸脫氫酶複合體被別構後活性抑制。
丙酮酸脫氫酶複合體還存在共價修飾調節機制：組成成分之一的丙酮酸脫氫酶中的絲氨酸殘基可被特定的磷酸激酶磷酸化而使丙酮酸脫氫酶失活；相應的磷酸酶可使磷酸化的丙酮酸脫氫酶去磷酸化而恢復其活性。這個特定的磷酸激酶又受到ATP的別構激活：當ATP濃度高時，特定的磷酸激酶別構激活，使丙酮酸脫氫酶被磷酸化抑制其活性。
二 三羧酸循環的調節
三羧酸循環的三個調節點是：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶複合體這三個限速酶，最重要的調節點是異檸檬酸脫氫酶，其次是α-酮戊二酸脫氫酶複合體；最主要的調節因素是ATP和NADH的濃度。當[ATP]/[ADP]，[NADH]/[NAD+]很高時，提示能量足夠，三個限速酶活性被抑制；反之，這三個限速酶的活性被激活。此外，底物乙醯CoA、草醯乙酸的不足，產物檸檬酸、ATP產生過多，都能抑制檸檬酸合酶。
相互調節
巴斯德效應（Pastuer effect）是指：在有氧的條件下糖有氧氧化抑制糖無氧酵解。這個效應是Pastuer在研究酵母菌葡萄糖發酵時發現的：在無氧的條件下，糖無氧酵解產生的ATP的速度和數量遠遠大於有氧氧化，為產生ATP的主要方式。但在有氧的條件下，酵母菌的酵解作用受到抑制。這種現象同樣出現在肌肉中：當肌肉組織供氧充分的情況下，有氧氧化抑制糖無氧酵解，產生大量量能量供肌肉組織活動所需。缺氧時，則以糖無氧酵解為主。
糖代謝
糖代謝在一些代謝旺盛的正常組織和腫瘤細胞中，即使在有氧的條件下，仍然以糖無氧酵解為產生ATP的主要方式，這種現象稱為Cratree效應或反巴斯德效應。在具有Cratree效應的組織細胞中，其糖無氧酵解酶系（己糖激酶、6磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶）活性較強，而線粒體中產生ATP的酶系活性較低，氧化磷酸化減弱，以糖無氧酵解酶系產生能量為主。
磷酸戊糖途徑
磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）是葡萄糖氧化分解的另一條重要途徑，它的功能不是產生ATP，而是產生細胞所需的具有重要生理作用的特殊物質，如NADPH和5-磷酸核糖。這條途徑存在於肝臟、脂肪組織、甲狀腺、腎上腺皮質、性腺、紅細胞等組織中。代謝相關的酶存在於細胞質中。
反應過程
磷酸戊糖途徑是一個比較複雜的代謝途徑：6分子葡萄糖經磷酸戊糖途徑可以使1分子葡萄糖轉變為6分子CO2。磷酸戊糖途徑的過程
反應可分為兩個階段：第一階段是氧化反應，產生NADPH及5-磷酸核糖；第二階段是非氧化反應，是一系列基團的轉移過程。
第一階段：氧化反應
6-磷酸葡萄糖由6-磷酸葡萄糖脫氫酶（glucose 6-phosphate dehydrogenase,G-6-PD）及6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的催化作用，NADP+是它們的輔酶，G-6-P在第一位碳原子上脫氫脫羧而轉變為5-磷酸核酮糖，同時生成2分子NADPH+H+及1分子CO2。5-磷酸核酮糖在異構酶的作用下成為5-磷酸核糖。
在這一階段中產生了NADPH+H+和5-磷酸核糖這兩個重要的代謝產物。
第二階段：非氧化反應--一系列基團的轉移
在這一階段中磷酸戊糖繼續代謝，通過一系列的反應，循環再生成G-6-P。5-磷酸核酮糖經異構反應轉變為5-磷酸核糖或5-磷酸木酮糖，三種形式的磷酸戊糖經轉酮醇酶催化轉移酮醇基（—CO-CH20H）及轉醛醇酶催化轉移醛醇基（-CHOH-CO-CH20H），進行基團轉移，中間生成三碳、七碳、四碳和六碳等的單糖磷酸酯，最後轉變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，進一步代謝成為G-6-P。
生理意義
磷酸戊糖途徑不是供能的主要途徑，它的主要生理作用是提供生物合成所需的一些原料。
（一）提供NADPH+H+
⒉NADPH+H+是加單氧酶體系的輔酶之一，參與體內羥化反應，例如一些藥物、毒物在肝臟中的生物轉化作用等。
3．NADPH+H+是谷胱甘肽還原酶的輔酶，NADPH使氧化型谷胱甘肽變為GSH，對維持紅細胞中還原型谷胱甘肽(GSH）的正常含量起重要作用。GSH能去除紅細胞中的H2O2，維護紅細胞的完整性：H2O2在紅細胞中的積聚，會加快血紅蛋白氧化生成高鐵血紅蛋白的過程，降低紅細胞的壽命；H2O2對脂類的過氧化會導致紅細胞膜的破壞，造成溶血。
遺傳性G-6-PD缺乏的患者，磷酸戊糖途徑不能正常進行，造成NADPH+H+減少，GSH含量低下，紅細胞易破壞而發生溶血性黃疸。他們常因食用蠶豆而誘發，故稱為蠶豆病。
（二）5-磷酸核糖為核苷酸、核酸的合成提供原料。
（三)三碳糖、四碳糖、五碳糖、七碳糖及六碳糖通過磷酸戊糖途徑互相轉換。
合成分解
糖原是體內糖的儲存形式，主要以肝糖原、肌糖原形式存在。肝糖原的合成與分解主要是為了維持血糖濃度的相對恆定；肌糖原是肌肉糖酵解的主要來源。糖原由許多葡萄糖通過α-1，4-糖苷鍵（直鏈）及α-1，6-糖苷鍵（分支）相連而成的帶有分支的多糖（圖6-11），存在於細胞質中。
糖原合成（glycogenesis）是由葡萄糖合成糖原的過程。反之，糖原分解（glycogenolysis）則是指肝糖原分解為葡萄糖的過程。糖原合成及分解反應都是從糖原分支的非還原性末端開始，分別由兩組不同的酶催化。
糖原合成
糖原合成首先以葡萄糖為原料合成尿苷二磷酸葡萄糖（uridine diphosphate glucose，UDP-Glc），在限速酶糖原合酶（glycogen synthase）的作用下，將UDP-Glc轉給肝、肌肉中的糖原蛋白（glycogenin）上，延長糖鏈合成糖原。其次糖鏈在分支酶的作用下再分支合成多支的糖原。反應可以分為二個階段：
第一階段：糖鏈的延長
游離的葡萄糖不能直接合成糖原，它必須先磷酸化為G-6-P再轉變為G-1-P，後者與UTP作用形成UDP-Glc及焦磷酸（PPi）。UDP-Glc是糖原合成的底物，葡萄糖殘基的供體，稱為活性葡萄糖。UDP-Glc在糖原合酶催化下將葡萄糖殘基轉移到糖原蛋白中糖原的直鏈分子非還原端殘基上，以α-1，4-糖苷鍵相連延長糖鏈。
第二階段：糖鏈分支
糖原合酶只能延長糖鏈，不能形成分支。當直鏈部分不斷加長到超過11個葡萄糖殘基時，分支酶可將一段糖鏈（至少含有6個葡萄糖殘基）轉移到鄰近糖鏈上，以α-1，6-糖苷鍵相連線，形成新的分支（圖6-13），分支以α-1，4-糖苷鍵繼續延長糖鏈。
糖原蛋白是一個分子質量為37 kDa的蛋白質，它既是糖鏈延長的引物，又具有酶活性，在糖原合成起始中具有重要作用（圖6-15）。①UDP-Glc提供的一個葡萄糖殘基和糖原蛋白上的酪氨酸殘基進行共價連線，這一步是由糖原蛋白本身具有的糖基轉移酶（glucosyltransferase）所催化的。②結合了一個葡萄糖殘基的糖原蛋白和糖原合酶一起三者形成一個牢固的複合物，以後的反應都在這個複合物上進行。③UDP-Glc在糖基轉移酶催化下提供葡萄糖殘基，糖原合酶催化合成，以α-1，4-糖苷鍵延長，形成7個葡萄糖殘基以上的短鏈。④隨著糖鏈的延長，糖原合酶最終和糖原蛋白分離。⑤在糖原合酶和分支酶的聯合作用下完成糖原的合成，糖原蛋白仍然保留在糖原分子中。
糖代謝
糖代謝糖原合酶是糖原合成的限速酶，是糖原合成的調節點。糖原蛋白每增加一個葡萄糖殘基要消耗2分子ATP（葡萄糖磷酸化以及生成UDP-Glc）。
糖原分解
在限速酶糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）的催化下，糖原從分支的非還原端開始，逐個分解以α-1，4-糖苷鍵連線的葡萄糖殘基，形成G-1-P。G-1-P轉變為G-6-P後，肝及腎中含有葡萄糖-6-磷酸酶，使G-6-P水解變成游離葡萄糖，釋放到血液中，維持血糖濃度的相對恆定。由於肌肉組織中不含葡萄糖-6-磷酸酶，肌糖原分解後不能直接轉變為血糖，產生的G-6-P在有氧的條件下被有氧氧化徹底分解，在無氧的條件下糖酵解生成乳酸，後者經血循環運到肝臟進行糖異生，再合成葡萄糖或糖原。
當糖原分子的分支被糖原磷酸化酶作用到距分支點只有4個葡萄糖殘基時，糖原磷酸化酶不能再發揮作用。此時脫支酶發揮作用，脫支酶具有轉寡糖基酶和α-1，6-葡萄糖苷酶兩個酶活性：轉寡糖基酶將分支上殘留的3個葡萄糖殘基轉移到另外分支的末端糖基上，並進行α-1，4-糖苷鍵連線；而殘留的最後一個葡萄糖殘基則通過α-1，6-葡萄糖苷酶水解，生成游離的葡萄糖；分支去除後，糖原磷酸化酶繼續催化分解葡萄糖殘基形成G-1-P。
調節
在肌肉中糖原的合成與分解主要是為肌肉提供ATP；在肝臟，糖原合成、糖原分解主要是為了維持血糖濃度的相對恆定。它們的作用受到腎上腺素、胰高血糖素、胰島素等激素的影響：腎上腺素主要作用於肌肉；胰高血糖素、胰島素主要調節肝臟中糖原合成和分解的平衡。糖原合酶與糖原磷酸化酶分別是糖原合成和糖原分解的限速酶，糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性不會同時被激活或同時抑制，它們可以通過別構調節和共價修飾調節兩種方式進行活性的調節。
（一） 糖原磷酸化酶活性調節
糖原磷酸化酶以a、b兩種形式存在。在糖原磷酸化酶激酶及ATP存在下，在糖原磷酸化酶b的絲氨酸殘基進行磷酸化修飾，使無活性的糖原磷酸化酶b轉變成有活性的糖原磷酸化酶a。糖原磷酸化酶a可經磷蛋白磷酸酶作用使其絲氨酸殘基脫去磷酸，成為無活性的糖原磷酸化酶b。
在肌肉劇烈運動時，糖原磷酸化酶的活性是受到腎上腺素的調節。腎上腺素通過信號轉導系統使cAMP的濃度提高，激活A激酶使無活性的糖原磷酸化酶激酶b磷酸化成為有活性的糖原磷酸化酶激酶a，糖原磷酸化酶激酶a進一步使無活性的糖原磷酸化酶b成為有活性的糖原磷酸化酶a，促進糖原分解，產生能量。
（二）糖原合成酶活性的調節
糖原合酶也分為a、b兩種形式。糖原合酶a具有活性。糖原合酶a被磷酸化轉變成無活性的糖原合酶b。在磷蛋白磷酸酶的作用下，無活性的糖原酶b脫磷酸轉變為有活性的糖原合酶a。糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性在磷酸化與去磷酸化作用下相互調節，一個酶被激活，另一個酶活性被抑制，二個酶不會同時被激活或同時抑制。
糖原磷酸化酶激酶a、糖原磷酸化酶a和糖原合酶b，它們的脫磷酸均由磷蛋白磷酸酶催化。磷蛋白磷酸酶可與磷蛋白磷酸酶抑制物結合而失去活性，以保證糖原磷酸化酶激酶a、糖原磷酸化酶a和糖原合酶b維持磷酸化的狀態。只有磷酸化的磷蛋白磷酸酶抑制物才能和磷蛋白磷酸酶結合而使磷蛋白磷酸酶失去活性。因此cAMP激活A激酶，不僅促進糖原磷酸化酶激酶b磷酸化成為糖原磷酸化酶激酶a、磷酸化酶b磷酸化成為磷酸化酶a，又通過磷蛋白磷酸酶抑制劑的磷酸化，達到抑制磷蛋白磷酸酶對糖原磷酸化酶激酶a、糖原磷酸化酶a和糖原合酶b脫磷酸化的目的，最終促進糖原分解，抑制糖原合成。
中酶的磷酸化與去磷酸化使酶活性相應改變，構成一組連續的、級聯式（cascade）的酶促反應過程，各級反應不僅都可被調節，而且有放大效應。這種調節機制有利於機體針對不同生理狀況作出反應。
貯積病
糖原貯積病（glycogen storage disease）是一類遺傳性疾病，表現為異常種類和數量的糖原在組織中沉積，產生不同類型的糖原貯積病，每種類型表現為糖原代謝中的一個特定的酶缺陷或缺失而使糖原貯存，由於肝臟和骨骼肌是糖原代謝的重要部位，因此是糖原貯積病的最主要累及部位.肝臟、肌肉。
異生作用
糖異生作用（gluconeogenesis）是指非糖物質如生糖胺基酸、乳酸、丙酮酸及甘油等轉變為葡萄糖或糖原的過程。糖異生的最主要器官是肝臟。
反應過程
糖異生反應過程基本上是糖酵解反應的逆過程。由於糖酵解過程中由己糖激
酶、6-磷酸果糖激酶1及丙酮酸激酶催化的三個反應釋放了大量的能量，構成難以逆行的能障， 因此這三個反應是不可逆的。這三個反應可以分別通過相應的、特殊的酶催化，使反應逆行（圖6-19），完成糖異生反應過程。
（一）丙酮酸轉變為磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的反應包括丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化的兩步反應，構成一條所謂“丙酮酸羧化支路”使反應進行。這個反應是糖酵解過程中丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的逆過程。
⒈ 丙酮酸羧化生成草醯乙酸
此反應由丙酮酸羧化酶催化，輔酶是生物素， ATP、Mg2+（Mn2+）參與羧化反應， CO2通過生物素使丙酮酸羧化生成草醯乙酸。此酶存在於線粒體中，故丙酮酸必須進入線粒體才能被羧化為草醯乙酸，這也是體內草醯乙酸的重要來源之一。
2．草醯乙酸脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
此反應由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由GTP提供能量，釋放CO2。
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在人體的線粒體及胞液中均有存在。存在於線粒體中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，可直接催化草醯乙酸脫羧生成PEP，PEP從線粒體轉運到細胞質，通過糖酵解逆行過程生成1，6-二磷酸果糖。存在於細胞質中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，首先要使草醯乙酸從線粒體轉運到細胞質中：由於草醯乙酸不能自由進出線粒體內膜，因此草醯乙酸先要線上粒體內還原生成蘋果酸或經轉氨基作用生成天冬氨酸；蘋果酸、天冬氨酸都能自由進出線粒體內膜，可從線粒體到達細胞質；在細胞質中蘋果酸可脫氫氧化、天冬氨酸可再經轉氨基作用生成草醯乙酸，完成了將草醯乙酸從線粒體轉運到細胞質的過程。然後，轉運到細胞質中的草醯乙酸可在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下脫羧生成PEP。
（二）1，6-二磷酸果糖轉變為6-磷酸果糖
此反應由1，6-二磷酸果糖酶1催化進行。這個反應是糖酵解過程中1，6-二磷酸果糖酶1催化6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖的逆過程。
（三）6-磷酸葡萄糖轉變為葡萄糖
此反應由葡萄糖-6-磷酸酶催化進行。這個反應是糖酵解過程中己糖激酶催
化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的逆過程。
生理意義
⒈糖異生最重要的生理意義是在空腹或飢餓情況下維持血糖濃度的相對恆定
⒉乳酸再利用：
乳酸大部分是由肌肉和紅細胞中糖酵解生成的，經血液運輸到肝臟或腎臟，經糖異生再形成葡萄糖，後者可經血液運輸回到各組織中繼續氧化提供能量。這個過程稱為是乳酸循環或Cori循環（lactate cycle or Cori cycle）。在安靜狀態下產生乳酸的量甚少，此途徑意義不大。但在某些生理或病理情況下，如劇烈運動時，肌糖原酵解產生大量乳酸，大部分可經血液運到肝臟，通過糖異生作用合成肝糖原或葡萄糖以補充血糖，而血糖又可供肌肉利用。乳酸循環可避免損失乳酸以及防止因乳酸堆積引起的酸中毒。
⒊糖異生促進腎臟排H+、緩解酸中毒
酸中毒時H+能激活腎小管上皮細胞中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，促進糖異生進行。由於三羧酸循環中間代謝物進行糖異生，造成α-酮戊二酸含量降低，促使谷氨酸和谷氨醯胺的脫氨生成的α-酮戊二酸補充三羧酸循環，產生的氨則分泌進入腎小管，與原尿中H+結合成NH4+，對H+過多起到緩衝作用，可緩解酸中毒。
異生調節
糖異生途徑中四個關鍵酶催化的反應是糖異生的主要調節點。糖異生與糖酵解是兩條相同但方向相反的代謝途徑，因此它們必須是互為調節的，兩條代謝途徑中關鍵酶的激活或抑制要互相配合：當糖供應充分時，糖酵解有關的酶活性增高，糖異生有關的酶活性減低；當糖供應不足時，糖酵解有關的酶活性減低，糖異生有關的酶活性增高。體內通過改變酶的合成速度、共價修飾調節和別構調節來調控這兩條途徑中關鍵酶的活性，以達到最佳生理效應。
⒈ 誘導、抑制關鍵酶的合成
當血糖濃度升高，一方面可導致胰島素分泌增加，成為增加糖酵解關鍵酶合成的誘導因素；另一方面可抑制糖皮質激素和胰高血糖素誘導產生糖異生的關鍵酶。
⒉ 關鍵酶的共價修飾調節
當血糖濃度的降低，可導致胰高血糖素、少量的腎上腺素產生，通過cAMP達到抑制糖酵解、增加糖異生的目的。cAMP濃度的增加可使A激酶對丙酮酸酸激酶進行磷酸化，磷酸化後的丙酮酸激酶活性降低，糖酵解過程抑制。胰高血糖素和腎上腺素對6-磷酸果糖激酶2也有共價修飾作用，根據糖供應的情況產生相應的2，6-二磷酸果糖的量，進而影響6-磷酸果糖激酶1的活性，達到調節糖酵解的目的。
⒊ 關鍵酶的別構調節
⑴乙醯CoA作為別構劑的作用：激活糖異生的丙酮酸羧化酶，抑制糖有氧氧化中的丙酮酸脫氫酶複合體的活性，促進糖異生作用。當細胞能量足夠時，三羧酸循環被抑制、乙醯CoA堆積，進而抑制丙酮酸脫氫酶複合體的活性，減緩丙酮酸生成乙醯CoA；與此同時丙酮酸羧化酶激活，增加糖異生過程，將多餘的丙酮酸生成葡萄糖。
⑵AMP、ATP作為別構劑的作用：AMP是糖異生的1，6-二磷酸果糖酶1的別構抑制劑，是糖酵解中6-磷酸果糖激酶1的別構激活劑。ATP、檸檬酸是6-磷酸果糖激酶1的別構抑制劑。這二個酶相互協調共同調節糖異生、糖酵解。肝細胞內ATP/ADP比值增加時，糖異生加強而糖酵解被抑制，反之，當ATP/ADP比值下降時，糖酵解加速，而糖異生被抑制。
