糖异生是指生物体将多种非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程，在这个过程中，有几种关键酶起着至关重要的作用。这些关键酶能够催化糖异生途径中不可逆的反应，保证糖异生过程的顺利进行。
丙酮酸羧化酶是糖异生的关键酶之一，它主要存在于线粒体中。该酶能够催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，这是糖异生的第一步关键反应。在这个过程中，丙酮酸羧化酶需要生物素作为辅酶，并且消耗ATP提供能量。草酰乙酸是一种重要的中间产物，它可以进一步转化为磷酸烯醇式丙酮酸，从而进入糖异生的后续反应。丙酮酸羧化酶的活性受到多种因素的调节，例如乙酰辅酶A可以激活该酶，这使得当细胞内能量充足时，糖异生过程能够顺利进行，以维持血糖的稳定。
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化草酰乙酸脱羧并磷酸化生成磷酸烯醇式丙酮酸。这个反应是糖异生过程中的限速步骤之一，它跨越了糖酵解途径中丙酮酸激酶所催化的不可逆反应。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶有两种形式，一种存在于线粒体中，另一种存在于细胞质中。在不同的组织和生理条件下，这两种形式的酶发挥着不同的作用。该酶的活性受到激素的调节，如胰高血糖素可以诱导其合成，从而促进糖异生，升高血糖水平。
果糖 -1,6- 二磷酸酶催化果糖 -1,6- 二磷酸水解生成果糖 -6- 磷酸，这一步反应绕过了糖酵解途径中磷酸果糖激酶 -1 所催化的不可逆反应。果糖 -1,6- 二磷酸酶是糖异生过程中的重要调节点，其活性受到多种代谢物的调节。例如，AMP和果糖 -2,6- 二磷酸是该酶的别构抑制剂，当细胞内能量不足或糖酵解活跃时，这些物质会抑制果糖 -1,6- 二磷酸酶的活性，从而减少糖异生的进行。相反，柠檬酸可以激活该酶，促进糖异生。
葡萄糖 -6- 磷酸酶催化葡萄糖 -6- 磷酸水解生成葡萄糖，这是糖异生的最后一步关键反应，它绕过了糖酵解途径中己糖激酶所催化的不可逆反应。葡萄糖 -6- 磷酸酶主要存在于肝脏和肾脏的内质网中，这使得肝脏和肾脏能够将糖异生合成的葡萄糖释放到血液中，维持血糖的稳定。该酶的活性缺乏会导致糖原累积症，影响血糖的正常调节。
糖异生的这些关键酶在体内相互协作，共同调节糖异生的过程。它们通过对不同反应步骤的催化和调节，使得糖异生能够根据机体的需要进行精确的调控。当机体处于饥饿、剧烈运动等状态时，血糖水平下降，这些关键酶的活性会增强，促进糖异生的进行，以补充血糖。而在血糖水平较高时，关键酶的活性则会受到抑制，减少糖异生的发生。这种协同作用保证了机体血糖水平的相对稳定，维持了正常的生理功能。
