糖異生(GNG)是一種代謝途徑，可導致某些非碳水化合物碳底物產生葡萄糖。這是一個無處不在的過程，存在于植物、動物、真菌、細菌和其他微生物中。在脊椎動物中，糖異生主要發生在肝臟中，在較小程度上發生在腎臟皮質中。它是兩種主要機制之一——另一種是糖原降解（糖原分解）——被人類和許多其他動物用來維持血糖水平，避免低水平（低血糖）。在反芻動物中，由于膳食碳水化合物往往被瘤胃生物代謝，因此無論禁食、低碳水化合物飲食、運動等如何，都會發生糖異生。在許多其他動物中，該過程發生在禁食、饑餓、低碳水化合物飲食或劇烈運動。

在人類中，糖異生的底物可能來自任何可以轉化為丙酮酸或糖酵解中間體的非碳水化合物來源。對于蛋白質的分解，這些底物包括生糖氨基酸（雖然不是生酮氨基酸）；來自脂質（例如甘油三酯）的分解，它們包括甘油、奇數鏈脂肪酸；和來自其他代謝部分，它們包括來自Cori循環的乳酸。在長時間禁食的情況下，丙酮衍生自酮體也可以作為底物，提供從脂肪酸到葡萄糖的途徑。雖然大多數糖異生發生在肝臟，但腎臟糖異生的相對貢獻在糖尿病和長期禁食中增加。

糖異生途徑在與ATP或GTP的水解相結合之前是高度吸能的，從而有效地使該過程產生能量。例如，從丙酮酸到6-磷酸葡萄糖的途徑需要4分子ATP和2分子GTP才能自發進行。這些ATP由脂肪酸分解代謝通過β氧化提供。

在哺乳動物中，糖異生被認為僅限于肝臟、腎臟、腸、和肌肉，但最近的證據表明糖異生發生在大腦的星形膠質細胞中。這些器官使用有些不同的糖異生前體。肝臟優先使用乳酸、甘油和生糖氨基酸（尤其是丙氨酸），而腎臟優先使用乳酸、谷氨酰胺和甘油。來自Cori循環的乳酸從數量上講，它是糖異生的xxx底物來源，尤其是腎臟。肝臟同時使用糖原分解和糖異生來產生葡萄糖，而腎臟僅使用糖異生。飯后，肝臟轉向糖原合成，而腎臟增加糖異生。腸道主要使用谷氨酰胺和甘油。

丙酸鹽是反芻動物肝臟糖異生的主要底物，當葡萄糖需求增加時，反芻動物肝臟可能會增加對糖異生氨基酸（例如丙氨酸）的利用。小牛和羔羊肝細胞利用乳酸進行糖異生的能力從反芻前期到反芻階段下降。在綿羊腎組織中，已經觀察到丙酸鹽的糖異生率非常高。

在所有物種中，形成草酰乙酸從丙酮酸和TCA循環中間體僅限于線粒體，和酶轉換磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）對葡萄糖-6-磷酸在細胞溶膠中被發現。通過將草酰乙酸轉化為PEP來連接糖異生這兩個部分的酶的位置——PEP羧激酶(PEPCK)——因物種而異：它可以完全在線粒體內、完全在細胞質內或均勻分散兩者，就像在人類中一樣。PEP跨線粒體膜的轉運由專門的轉運蛋白完成；然而，對于草酰乙酸不存在這樣的蛋白質。因此，在缺乏線粒體內PEPCK的物種中，草酰乙酸必須轉化為蘋果酸或天冬氨酸，從線粒體中輸出，然后再轉化回草酰乙酸，以便糖異生繼續進行。

具有關鍵分子和酶的糖異生途徑。許多步驟與糖酵解中發現的步驟相反。

糖異生是由一系列11種酶催化反應組成的途徑。該途徑將在肝臟或腎臟、線粒體或這些細胞的細胞質中開始，這取決于所使用的底物。許多反應與糖酵解中的步驟相反。

• 糖異生在線粒體中開始，丙酮酸羧化形成草酰乙酸。該反應也需要一分子的ATP，并由丙酮酸羧化酶催化。這種酶受到高水平乙酰輔酶A（在肝臟β-氧化中產生）的刺激，并受到高水平ADP和葡萄糖的抑制。
• 使用NADH將草酰乙酸還原為蘋果酸，這是將其運輸出線粒體所需的步驟。
• 使用胞質溶膠中的NAD+將蘋果酸氧化為草酰乙酸，糖異生的其余步驟發生在胞質溶膠中。
• 草酰乙酸被脫羧，然后使用酶PEPCK磷酸化以形成磷酸烯醇丙酮酸。在這個反應過程中，一個GTP分子被水解成GDP。
• 反應的下一步與反向糖酵解相同。然而，果糖1,6-二磷酸酶將果糖1,6-二磷酸轉化為果糖6-磷酸，使用一個水分子并釋放一個磷酸（在糖酵解中，磷酸果糖激酶1將F6P和ATP轉化為F1,6BP和ADP）。這也是糖異生的限速步驟。
• 6-磷酸葡萄糖是通過磷酸葡萄糖異構酶（與糖酵解中的步驟2相反）從6-磷酸果糖形成的。6-磷酸葡萄糖可用于其他代謝途徑或去磷酸化為游離葡萄糖。游離葡萄糖很容易擴散進出細胞，而磷酸化形式（6-磷酸葡萄糖）則被鎖定在細胞中，這是細胞控制細胞內葡萄糖水平的一種機制。
• 最終糖異生，葡萄糖的形成，發生在管腔中的內質網，其中葡萄糖-6-磷酸被水解葡萄糖-6-磷酸酶以產生葡萄糖和釋放的無機磷酸鹽。與之前的兩步一樣，這一步不是糖酵解的簡單逆轉，其中己糖激酶催化葡萄糖和ATP轉化為G6P和ADP。葡萄糖通過位于內質網膜上的葡萄糖轉運蛋白穿梭到細胞質中。