糖酵解 · About
Glycolysis — 生物体内最古老、最保守的能量获取途径
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本图以10 个真实蛋白质结构（酶）串联十步反应，底物与中间体（小分子）以金色流动颗粒沿代谢流方向运行，代谢物名称标注在酶与酶之间的连线上；各酶所需辅因子（ATP、ADP、NAD⁺、Mg²⁺…）标注于酶名旁。第 1–3 步为能量投入阶段（消耗 2 ATP），第 4–10 步为能量产出阶段（生成 4 ATP + 2 NADH），净得 2 ATP + 2 NADH。
指示线：阶段标签用虚线连到 ATP/NADH 有收支的步骤（红色=消耗、绿色=产出），线上方小徽章标注变化量。点击底部的底物/中间体名称可查看化学结构式（PubChem 数据）；点击酶标签上的辅因子名（ATP/ADP/NAD⁺）或左侧辅因子页签中的辅因子名，可查看其结构式与收支角色。底部控制栏的间距滑块可整体调节节点疏密；点击酶节点查看催化反应与调控详情。
十步反应总表 Step-by-Step
| 步 | 反应（底物 → 产物） | 酶 | 能量 / 辅因子 |
|---|
| 1 | 葡萄糖 → 葡萄糖-6-磷酸 | 己糖激酶 HK | −1 ATP |
| 2 | 葡萄糖-6-磷酸 → 果糖-6-磷酸 | 磷酸葡萄糖异构酶 GPI | — |
| 3 | 果糖-6-磷酸 → 果糖-1,6-二磷酸 | 磷酸果糖激酶-1 PFK-1 | −1 ATP 限速 |
| 4 | 果糖-1,6-二磷酸 → 磷酸二羟丙酮 + 甘油醛-3-磷酸 | 醛缩酶 ALDOA | — |
| 5 | 磷酸二羟丙酮 ⇌ 甘油醛-3-磷酸 | 丙糖磷酸异构酶 TPI | — |
| 6 | 甘油醛-3-磷酸 → 1,3-二磷酸甘油酸 | 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 GAPDH | +2 NADH |
| 7 | 1,3-二磷酸甘油酸 → 3-磷酸甘油酸 | 磷酸甘油酸激酶 PGK | +2 ATP |
| 8 | 3-磷酸甘油酸 → 2-磷酸甘油酸 | 磷酸甘油酸变位酶 PGAM | — |
| 9 | 2-磷酸甘油酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸 PEP | 烯醇化酶 ENO1 | — |
| 10 | 磷酸烯醇式丙酮酸 → 丙酮酸 | 丙酮酸激酶 PK | +2 ATP |
步 1–3 为能量投入阶段（−2 ATP）；步 6–10 为能量产出阶段（+4 ATP + 2 NADH，第 6、7、10 步产物按一分子葡萄糖产生 2 分子计）；净得 2 ATP + 2 NADH。
限速步骤与调控 Rate-limiting Steps
糖酵解存在三步不可逆反应，即全部调控位点所在，其中PFK-1 是最重要的限速酶：
① 己糖激酶（步 1）：被产物葡萄糖-6-磷酸反馈抑制（肝细胞葡萄糖激酶除外——不受 G6P 抑制，利于餐后血糖清除与糖原合成）。
② 磷酸果糖激酶-1（步 3，限速）：ATP、柠檬酸、H⁺ 变构抑制（高能 / 高代谢负荷信号）；AMP、ADP、果糖-2,6-二磷酸（F2,6BP）变构激活（低能信号）。F2,6BP 由 PFK-2/FBPase-2 双功能酶合成与分解，受胰岛素 / 胰高血糖素调控，是糖酵解与糖异生相互切换的总开关。
③ 丙酮酸激酶（步 10）：ATP、丙氨酸、乙酰辅酶 A 变构抑制（高能 / 原料充足信号）；果糖-1,6-二磷酸前馈激活（上游产物拉动下游出口），保证三步不可逆反应流量一致。
抑制剂与反馈调节（类比电子传递链抑制剂展示）
右上角加药工具栏列出 6 个经典糖酵解抑制剂（2-DG、3-BrPA、碘乙酸、砷酸盐、氟化钠、草酸盐），点击即"加药"：对应酶节点出现红色×断点、颗粒在断点前停滞堆积、下游产物变暗，左侧面板同步显示靶酶/机制/后果；可多选模拟多靶点联合阻断（取最上游断点）。「调控」页签的变构调节表展示三个不可逆调控位点（HK/PFK-1/PK）的激活剂（绿色▲）与抑制剂（红色▼），点击因子可高亮对应酶并查看其结构式或调节说明。PFK-1 缺乏（遗传性缺陷）与药物抑制共用同一套断点引擎。
关键限速酶 PFK-1
磷酸果糖激酶-1（PFK-1，EC 2.7.1.11）催化果糖-6-磷酸 → 果糖-1,6-二磷酸，是糖酵解最重要的变构调控位点：ATP、柠檬酸、H⁺ 抑制；AMP、ADP、果糖-2,6-二磷酸（F2,6BP）激活。F2,6BP 由 PFK-2/FBPase-2 双功能酶调控，受胰岛素/胰高血糖素信号控制。
PFK-1 缺乏 → 糖原累积病 VII 型（Tarui 病）
PFK-M 基因缺陷导致肌肉与红细胞 PFK-1 活性丧失：糖酵解在第三步即被阻断，葡萄糖无法被利用。临床表现为运动不耐受、肌痛痉挛、横纹肌溶解与肌红蛋白尿、溶血性贫血、高尿酸血症，胰高血糖素试验不能引起乳酸升高。
丙酮酸的代谢去向
有氧条件下进入线粒体氧化为乙酰辅酶 A 入 TCA 循环；无氧条件下动物组织由 LDH 还原为乳酸，酵母经丙酮酸脱羧酶+乙醇脱氢酶生成乙醇 + CO₂（再生 NAD⁺ 使糖酵解持续）。
结构来源
图中酶结构取自 AlphaFold 蛋白质结构数据库（大鼠 Rattus norvegicus 直系同源）：HK1=P05708、GPI=Q6P6V0、PFKM=P47858、ALDOA=P05065、TPI1=P48500、GAPDH=P04797、PGK1=P16617、PGAM1=P25113、ENO1=P04764、PKM=P11980，均以全原子空间填充方式呈现。
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