发展历史1747年，德国化学家马格拉夫自葡萄干中分离出少量的葡萄糖，并于1749年将这一过程发表在《从德国产的几种植物中提炼蔗糖的化学试验》，在第90页中写道：“用少量的水润湿葡萄干将其软化，然后压榨被挤出的汁，经过提纯浓缩后，得到了一种糖。”1838年，法国化学家尚-巴蒂斯特杜马正式将其命名为葡萄糖（glucose），该英文为其首创，源自德语中的gleukos——未发酵的甜果酒，前缀gluc-源于德语glykys，即甘甜的意思，后缀-ose则表明其化学分类，指出它是一个碳水化合物。由于葡萄糖在生物体中的重要地位，了解其化学组成和结构成为19世纪有机化学的重要课题，当时所知的单糖只有4种：两种已醛糖 （葡萄糖、半乳糖）、两种已酮糖 （果糖 、 山梨糖），它们具有相同的分子式C₆H₁₂O₆，慕尼黑大学的化学家吉连尼 ( H . iKhani ) 初步探明葡萄糖和半乳糖是直链的五羟基醛，果糖和山梨糖是直链的五羟基酮。费歇尔发现，葡萄糖、果糖和甘露糖与苯脐生成相同的脉，因此推断，这三种糖在第二个碳原子以下具有相同的构型。根据范特荷夫(Van’tHoff)和勒贝尔(eLeBl)的立体异构理论，费歇尔推断，已醛糖有16种可能的构型。用氧化、还原、降解、加成等方法，到1891年,他确定了D一系列已醛糖所有成员的构型。随后德国化学家费歇尔因确定了葡萄糖的链状结构及其立体异构体，获得1902年诺贝尔化学奖。[4][11][12]1923年，加拿大医学家弗雷德里克·班廷(Frederick Banting)和苏格兰生理学家约翰·麦克劳德(John Macleod)因为“发现胰岛素”而被授予诺贝尔生理学或医学奖，[13]1947年，美国生物化学家格蒂·科里(Gerty Cori)因为阐释了葡萄糖的代谢作用，对治疗糖尿病以及解决众多医学问题有重要作用，获得了诺贝尔医学奖，[14]蛋白质相互作用最重要的调节机制之一是可逆的蛋白质磷酸化，可逆蛋白质磷酸化具有从糖原中动员葡萄糖等功能，1992年美国生物化学家埃德蒙·费舍尔(Edmond Fischer)和埃德温·克雷布斯(Edwin Krebs)纯化并表征了这种类型的第一种酶，被授予诺贝尔生理学或医学奖。[15]2022年4月，中国科学家通过电催化结合生物合成的方式，以二氧化碳为原料经合成和微生物作用合成了葡萄糖和油脂， 2022年4月28日以封面文章形式在国际学术期刊《自然—催化》发表。[16]葡萄糖结构葡萄糖(C₆H₁₂O₆)含有六个碳原子和一个醛基，因此被称为己醛糖。葡萄糖分子可以以开链和环形式存在（处于平衡状态），后者是醛C原子与C-5羟基发生分子内反应形成分子内半缩醛的结果。在水溶液中，两种形式都处于平衡状态。[17]开链形式当葡萄糖结构以开链的形式表示时，可以看出具有六个碳原子的线性链。每个碳原子上都有一个羟基，第一个碳原子除外。葡萄糖的第一个碳是醛基的一部分。由于醛代官能团的存在，葡萄糖也被称为醛己糖。[18]环形式在pH=7时，环状形式占主导地位。由于环含有五个碳原子和一个氧原子，类似于吡喃的结构，因此葡萄糖的环状形式也被称为吡喃葡萄糖。[17]当葡萄糖环化时，会在C1处产生一个额外的不对称中心（称为异头碳原子），并且可以形成两个称为端基异构体的环结构——α-葡萄糖和β-葡萄糖。它们在结构上的不同之处在于连接到环中C-1的羟基的方向。当D-葡萄糖被绘制为Haworth投影时，名称α表示连接到C-1的羟基在环平面下方，β表示它在环平面上方。[5]变旋α和β形式在水溶液中经过数小时的时间尺度相互转换，最终稳定为α:β36:64，这一过程称为变旋。[5]当葡萄糖环化进入半缩环时，一个额外的不对称中心在C–1生成后，这种碳被称为异构碳原子，而形成的两个环结构，称为异构体，可以命名为α–D–吡喃葡萄糖和β–D–吡喃葡萄糖。在结构上，它们在与以下链接的羟基的方向上有所不同。α葡萄糖和β葡萄糖之间的主要区别是α葡萄糖中的羟基(-OH)在分子的第一个碳原子上与CH2OH的碳原子位置相反，β葡萄糖中的中羟基(–OH)在第一个碳上与CH2OH的位置相同。[19]生化特性人体摄入食物后将其中的糖类例如淀粉等其他双糖通过酶的作用讲解为葡萄糖从而被人体吸收利用，从而维持机体正常血糖水平和维持机体组织、器官的功能，特别是大脑组织的功能。大多数情况下，葡萄糖是大脑唯一和最重要的能量来源。脑组织不含其他可利用的能量，只能依靠葡萄糖，当血糖浓度过低时，容易发生脑功能障碍。正常情况下机体通过一系列调节机制维持血糖的稳定。[3]葡萄糖的吸收食物在机体除了在小肠中分解为葡萄糖外，还伴随钠离子吸收，肾小球滤液的葡萄糖在近曲小管伴随钠离子全部重吸收，超过肾糖阈将随尿液排出体外。在肠道被吸收的葡萄糖，一部分以糖原形式储存于肝脏和肌肉中，血液葡萄糖主要通过易化扩散的方式进入组织、细胞。在人类，骨骼肌是由胰岛素介导的葡萄糖摄取的主要场所。[3]葡萄糖的代谢糖代谢涉及多个过程，包括糖酵解、糖异生、糖原分解和糖生成。肝脏中的糖酵解是一个涉及各种酶的过程，这些酶会促进细胞中的葡萄糖分解代谢。特别是葡萄糖激酶，会使得肝脏感知血液中葡萄糖水平，并在血糖水平升高时利用葡萄糖。当肝细胞线粒体中的非碳水化合物成分合成葡萄糖时，就会发生糖异生。在禁食期间，胰腺分泌胰高血糖素，从而开始糖原分解过程。在糖原分解中，糖原（葡萄糖的储存形式）以葡萄糖的形式释放。合成糖原的过程称为糖生成，当肝脏中存在过量的碳水化合物时会自动合成糖原。[20]血液葡萄糖浓度维持在一定水平也具有重要意义。若血糖浓度太低，则不利于葡萄糖进入组织和细胞，若浓度太高，大量葡萄糖将经过肾脏随尿液流失。在非糖尿病的健康个体，血糖浓度基本上是恒定的，餐后有所升高，但伴随有胰岛素的释放增加，外周组织对葡萄糖摄取和利用增加，过多的血液葡萄糖在肝脏和脂肪等组织中合成糖原或转换成脂肪，同时抑制糖异生，血糖浓度下降。当血糖浓度降至正常水平以下时，交感神经兴奋，胰高血糖素、儿茶酚胺、糖皮质激素和生长激素浓度升高，通过刺激肝糖原分解、糖异生及抑制外周胰岛素介导的葡萄糖摄取，使血糖浓度升高，从而维持血糖浓度的稳定。[3]葡萄糖的供能机理葡萄糖在机体内有多种作用，代谢途径多样，如生成糖原、脂肪、氨基酸，参与磷酸戊糖途径，骨骼肌摄取葡萄糖后进行磷酸化，或者以糖原的形式储存，或者进行糖酵解后进入三羧酸循环、通过氧化磷酸化产生能量。其主要代谢途径是氧化供能，包括无氧氧化和有氧氧化供能，用简易公式可表示为：[3]无氧氧化也称为无氧酵解，即当机体相对缺氧（如剧烈运动）时葡萄糖分解产生能量的过程，在细胞质中进行。其主要生理功能是在缺氧时迅速提供能量，正常情况下为一些细胞提供部分能量，糖酵解是糖有氧氧化的前段过程，某些中间代谢物是脂类、氨基酸等合成的前体。而有氧氧化是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧条件下，进一步氧化生成乙酰辅酶A，经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳和产生能量的过程。这是葡萄糖氧化的主要方式，也是机体获得能量的主要途径。其中的三羧酸循环是指在丙酮酸脱氢酶复合体催化下，丙酮酸进行氧化脱羧反应，生成乙酰辅酶A，经过三羧酸循环产生大量能量，这一过程也为体内绝大多数组织细胞提供了能量，最终体内1分子葡萄糖彻底有氧氧化生成32(或30)分子ATP，其中在肝、肾、心等组织生成32分子ATP，在骨骼肌、脑组织生成30分子ATP。[3]葡萄糖的来源葡萄糖是机体的主要供能物质，膳食中糖类供给全身总热量的60%~70%，[3]人们可以从食物中摄取和分解从而得到葡萄糖。[21]碳水化合物[21]
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