β氧化

β氧化是脂肪酸分解代谢的第一步，β氧化是脂肪酸在线粒体中分解产生乙酰辅酶A（乙酰辅酶A）、NADH和FADH2的过程，乙酰辅酶A进入柠檬酸循环，NADH和FADH2用于电子传递链，在脂肪酸分解代谢的第二步中，乙酰辅酶A被氧化，副产物产生二氧化碳，最后电子从电子载体转移到电子运输链。

脂肪酸要被氧化，需要一个进入线粒体基质的活化过程，如果脂肪酸酰基辅酶A的酰基链由10个以上碳原子组成，它会与肉碱反应生成酰基肉碱，而酰基肉碱转运蛋白（易位酶）产生线粒体 当脂肪酸酰基辅酶A的碳原子数少于10个时，它会简单地扩散并穿透线粒体内膜。

当脂肪酸进入线粒体基质时，β氧化开始。

• 长脂肪酸链脱氢，在α碳（C-2）和β碳（C-3）之间形成反式双键，生成反式-Δ-烯酰辅酶A。酰基辅酶A脱氢酶（酰基辅酶脱水酶）催化该反应，并使用 FAD 作为电子受体将其还原为 FADH2。
• 反式-Δ-烯酰辅酶A的双键水合形成L-β-羟酰辅酶A，烯酰辅酶A水合酶催化该作用。
• L-β-羟酰辅酶A再次脱氢为β-酮脂酰辅酶A。β-羟酰辅酶A脱氢酶催化并以NAD作为电子受体。
• β-酮脂酰辅酶A的α碳（C-2）和β碳（C-3）之间发生硫解作用。当它攻击（亲核）（C-3）并破坏该键时，硫解酶催化反应。在这个反应中，前两个碳以乙酰辅酶A的形式释放出来，酰基辅酶A的脂肪酸链上的两个碳减少，重复这个过程，使脂肪酸链中的所有碳都转化为乙酰基-辅酶A。

脂肪酸在身体的大多数组织中都会被氧化。有些组织，例如肾上腺髓质，不使用脂肪酸作为能量来源，而是利用碳水化合物。

由于游离脂肪酸带负电荷，不能穿透细胞膜，通过转运蛋白如SLC27家族脂肪酸转运蛋白进入细胞，进入细胞浆液的脂肪酸被长链酰基辅酶A合成酶激活，脂肪酸与ATP发生反应接受腺苷酸和无机磷酸盐，与游离辅酶A反应生成脂肪酸酰基辅酶A酯和AMP，酰基辅酶A酯移至线粒体并被氧化或保留在细胞质中合成膜脂。酸氧化是通过肉碱返回途径进行的。

• 酰基辅酶A转移到肉碱的羟基上。该反应由位于细胞质中的肉碱棕榈酰转移酶I（棕榈酰转移酶）催化。
• 位于线粒体膜上的肉碱-酰基肉碱转位酶将酰基肉碱转移至线粒体基质。
• 线粒体内膜中的肉碱酰基转移酶 II（棕榈酰基转移酶）将酰基肉碱转化回酰基辅酶 A。游离肉碱返回到细胞质中。

进入线粒体的偶数饱和脂肪酸一次释放两个单位的碳（乙酰辅酶A），同时重复四步β氧化，如下所示。

重复这个过程，直到整个脂肪酸链被裂解成乙酰辅酶A单元。在最后的β氧化循环中，产生乙酰辅酶A而不是酰基辅酶A，因此产生两个乙酰辅酶A作为最终产物。每个循环产生一个酰基辅酶A，缩短两个碳原子，并产生FADH2、NADH和乙酰基辅酶A各一个分子。

一般来说，奇数碳原子的脂肪酸存在于植物和一些海洋生物中，反刍动物在胃中发酵碳水化合物，产生大量的三碳丙酸。

奇数碳原子的脂肪酸链与偶数碳原子的脂肪酸链被氧化的方式相同，但最终产生的不是两分子乙酰辅酶A，而是丙酰辅酶A和乙酰辅酶A。

丙酰辅酶A是通过将碳酸氢盐中的碳添加到丙酰辅酶A的中间碳上形成D-甲基丙二酰辅酶A而形成的。生物素辅因子、ATP和丙酰辅酶A羧化酶参与该反应。D构象转化为L构象通过甲基丙二酸单酰辅酶A差向异构酶和甲基丙二酸单酰辅酶A变位酶（需要辅酶B12）将分子中的原子重排为L构象。产生氰酰辅酶A。琥珀酰辅酶A进入柠檬酸循环。

当乙酰辅酶A通过与预先存在的草酰乙酸缩合进入柠檬酸循环时，琥珀酰辅酶A本身也参与反应，因此琥珀酸与循环中循环的分子混合，实际上并没有被代谢。平衡因催化反应而失去平衡，如天冬氨酸或谷氨酸的合成，一些中间体在肝脏和肾脏（肾）中通过磷酸烯醇丙酮酸羧激酶合成，沿着糖异生途径向下转化为游离葡萄糖。

不饱和脂肪酸具有顺式键，阻碍反式Δ键的形成，解决这个问题的酶是烯酰辅酶A异构酶和2,4-二烯酰辅酶A还原酶。

无论不饱和脂肪酸的构象如何，β氧化都会以与饱和脂肪酸相同的方式发生，直到烃链具有双键，防止其成为酰基辅酶A脱氢酶或烯酰基辅酶A水合酶的底物。

• 如果酰基-CoA 含有顺式-Δ 连接，顺式-Δ-烯酰基-CoA 异构酶会将顺式连接转化为可作为底物的反式-Δ 连接。
• 由于酰基-CoA含有顺式-Δ键，如果通过脱氢形成2,4-二烯基中间体，则它不能作为烯酰基-CoA水合酶的底物。然而，2,4-二烯基-CoA -If CoA还原酶与NADPH还原中间体生成反式-Δ-烯酰辅酶A，可通过上述烯酰辅酶A异构酶转化为合适的中间体。

综上所述，双键数为奇数的脂肪酸被异构酶加工，双键数为偶数的脂肪酸被还原酶转化为双键为奇数的脂肪酸。

脂肪酸氧化发生在过氧化物酶体中。过氧化物酶体中的氧化在辛酰辅酶A处停止。具有超过22个碳原子的较长链的脂肪酸、支链脂肪酸、前列腺素和白三烯在过氧化物酶体中引发氧化。然后氧化在线粒体中继续。

过氧化物酶体中发生的氧化是独特的，因为它不与 ATP 合成同时发生。高能电子转移到氧气中，产生过氧化氢 (H2O2)，从而产生热量。过氧化氢酶仅存在于过氧化物酶体中，是转化为超氧。

过氧化物酶体中的β氧化需要过氧化物酶体特异的酶和极长链脂肪酸（VLFA）。这些酶与线粒体酶之间的区别是：

• 过氧化物酶体肉碱酰基转移酶（而不是线粒体肉碱酰基转移酶 I 和 II）对于过氧化物酶体的 β 氧化至关重要。过氧化物酶体肉碱酰基转移酶将活化的酰基转移至线粒体进行持续降解。
• 过氧化物酶体氧化的第一步是由酰基辅酶A氧化酶催化的。
• 脂肪酸氧化第三步产生的NADH不能在过氧化物酶体中再次被氧化，因此还原当量被转运到胞浆液中。
• 过氧化物酶体 β-酮硫解酶具有与线粒体不同的酶特异性。

高脂肪饮食或服用降血脂药物（如安妥明）可在过氧化物酶体中诱导脂肪酸氧化。

至少 25 种酶或特定转运蛋白参与 β氧化途径，其中 18 种与人类疾病有关。