糖酵解是细胞葡萄糖代谢的第一个主要途径。它发生在几乎所有活细胞的细胞质中，并将一分子葡萄糖转化为两分子丙酮酸，产生 ATP 和 NADH 的净增益。
糖酵解的阶段
- 能源投资阶段
糖酵解的前半部分使用两个 ATP 分子磷酸化葡萄糖，将其捕获在细胞内。葡萄糖转化为葡萄糖-6-磷酸，然后转化为果糖-6-磷酸，最后转化为果糖-1,6-二磷酸。然后，这种六碳糖分裂成两个三碳分子：磷酸二羟丙酮 (DHAP) 和 3-磷酸甘油醛 (G3P)。
- 能量回报阶段
糖酵解的后半部分产生能量。每个 G3P 分子被氧化和磷酸化，产生 1,3-二磷酸甘油酸酯。然后高能磷酸基团转移至 ADP 以产生 ATP。通过一系列步骤，每个 G3P 转化为丙酮酸，每个 G3P 产生两个 ATP 和一个 NADH。
- 净收益
从一个葡萄糖分子开始，糖酵解产生：
- 2 ATP（扣除投资阶段使用的 2 后的净值）
- 2 辅酶A
- 2个丙酮酸分子
- 监管
糖酵解通过三个关键的不可逆步骤进行调节。磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 是最重要的调节酶。它被 AMP 和 ADP（低能量信号）激活，并被 ATP 和柠檬酸盐（高能量信号）抑制。
- 丙酮酸的命运
根据氧气的可用性，丙酮酸可以遵循不同的路径。在有氧条件下，它进入线粒体并转化为乙酰辅酶A以进行柠檬酸循环。在厌氧条件下，它在动物中转化为乳酸或在酵母中转化为乙醇。
实用糖酵解通量测定
糖酵解通量最常通过使用 Seahorse XF 分析仪的细胞外酸化率 (ECAR) 来测量。将细胞按 1–4 × 10⁴ 细胞/孔接种到 XF96 细胞培养板中并孵育过夜。测定前一小时，用含有 10 mM 葡萄糖、2 mM 谷氨酰胺和 1 mM 丙酮酸盐的 Seahorse XF DMEM (pH 7.4) 替换生长培养基，并在 37°C 无 CO2 条件下孵育。通过 A 端口注射 10 mM 葡萄糖以刺激糖酵解 — 随着细胞产生乳酸，ECAR 将升高。通过端口 B 注射 1 µM 寡霉素（ATP 合酶抑制剂）——这会将能量产生转移到糖酵解，导致 ECAR 进一步增加，从而定义最大糖酵解能力。通过端口 C 注射 50 mM 2-脱氧葡萄糖（2-DG，一种己糖激酶抑制剂） — ECAR 降至基线，确认测量的信号来自糖酵解。糖酵解速率表示为每 µg 蛋白质或每个细胞数的 mpH/min。对于直接乳酸脱氢酶 (LDH) 测定，定期收集培养基并使用与 NADH 荧光（激发 340 nm，发射 460 nm）耦合的酶试剂盒测量乳酸。 LDH反应：乳酸+NAD⁺→丙酮酸+NADH+H⁺。
实际应用
通过比较 A549 肺癌细胞与正常肺成纤维细胞中的 ECAR，证明了癌细胞中的 Warburg 效应。癌细胞表现出 4 倍高的基础 ECAR（65 与 16 mpH/min），并且对寡霉素的反应减弱，表明它们已经严重依赖糖酵解来产生 ATP。这种糖酵解依赖性是临床肿瘤学中 FDG-PET 成像的基础，其中 18F-氟脱氧葡萄糖在肿瘤中积聚。
