脂肪酸的氧化過程及其概念

一, 脂肪酸的β-氧化過程
肝和肌肉是進行脂肪酸氧化zui活躍的組織，其zui主要的氧化形式是β-氧化。此過程可分為活化，轉移，β-氧化共三個階段。
1. 脂肪酸的活化
脂肪酸參加代謝前和葡萄糖一樣也先要活化。其活化形式是硫酯——脂肪酰CoA，催化脂肪酸活化的酶是脂酰CoA合成酶（acyl CoA synthetase）。
活化后生成的脂酰CoA極性增強，易溶于水；分子中有高能鍵、性質活潑；是酶的特異底物，與酶的親和力大，因此更容易參加反應。
脂酰CoA合成酶又稱硫激酶，分布在胞漿中、線粒體膜和內質網膜上。胞漿中的硫激酶催化中短鏈脂肪酸活化；內質網膜上的酶活化長鏈脂肪酸，生成脂酰CoA，然后進入內質網用于甘油三酯合成；而線粒體膜上的酶活化的長鏈脂酰CoA，進入線粒體進入β-氧化。
2. 脂酰CoA進入線粒體
催化脂肪酸β-氧化的酶系在線粒體基質中，但長鏈脂酰CoA不能自由通過線粒體內膜，要進入線粒體基質就需要載體轉運，這一載體就是肉毒堿（carnitine），即3-羥-4-*氨基丁酸。
長鏈脂肪酰CoA和肉毒堿反應，生成輔酶A和脂酰肉毒堿，脂肪酰基與肉毒堿的3-羥基通過酯鍵相連接。催化此反應的酶為肉毒堿脂酰轉移酶（carnitine acyl transferase）。線粒體內膜的內外兩側均有此酶，系同工酶，分別稱為肉毒堿脂酰轉移酶I和肉毒堿脂酰轉移酶Ⅱ。酶Ⅰ使胞漿的脂酰CoA轉化為輔酶A和脂肪酰肉毒堿，后者進入線粒體內膜。位于線粒體內膜內側的酶Ⅱ又使脂肪酰肉毒堿轉化成肉毒堿和脂酰CoA，肉毒堿重新發揮其載體功能，脂酰CoA則進入線粒體基質，成為脂肪酸β-氧化酶系的底物。
長鏈脂酰CoA進入線粒體的速度受到肉毒堿脂酰轉移酶Ⅰ和酶Ⅱ的調節，酶Ⅰ受丙二酰CoA抑制，酶Ⅱ受胰島素抑制。丙二酰CoA是合成脂肪酸的原料，胰島素通過誘導乙酰CoA羧化酶的合成使丙二酰CoA濃度增加，進而抑制酶Ⅰ。可以看出胰島素對肉毒堿脂酰轉移酶Ⅰ和酶Ⅱ有間接或直接抑制作用。饑餓或禁食時胰島素分泌減少，肉毒堿脂酰轉移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增高，轉移的長鏈脂肪酸進入線粒體氧化供能。
3. β-氧化的反應過程
脂酰CoA在線粒體基質中進入β氧化要經過四步反應，即脫氫、加水、再脫氫和硫解，生成一分子乙酰CoA和一個少兩個碳的新的脂酰CoA。
*步脫氫（dehydrogenation）反應由脂酰CoA脫氫酶活化，輔基為FAD，脂酰CoA在α和β碳原子上各脫去一個氫原子生成具有反式雙鍵的α,β-烯脂肪酰輔酶A。
第二步加水（hydration）反應由烯酰CoA水合酶催化，生成具有L-構型的β-羥脂酰CoA。
第三步脫氫反應是在β－羥脂肪酰CoA脫飴酶（輔酶為NAD+）催化下，β-羥脂肪酰CoA脫氫生成β酮脂酰CoA。
第四步硫解（thiolysis）反應由β－酮硫解酶催化，β-酮酯酰CoA在α和β碳原子之間斷鏈，加上一分子輔酶A生成乙酰CoA和一個少兩個碳原子的脂酰CoA。
上述四步反應與TCA循環中由琥珀酸經延胡索酸、蘋果酸生成草酰乙酸的過程相似，只是β-氧化的第四步反應是硫解，而草酰乙酸的下一步反應是與乙酰CoA縮合生成檸檬酸。
長鏈脂酰CoA經上面一次循環，碳鏈減少兩個碳原子，生成一分子乙酰CoA，多次重復上面的循環，就會逐步生成乙酰CoA。
脂肪酸的β-氧化過程具有以下特點。首先要將脂肪酸活化生成脂酰CoA，這是一個耗能過程。中、短鏈脂肪酸不需載體可直拉進入線粒體，而長鏈脂酰CoA需要肉毒堿轉運。β-氧化反應在線粒體內進行，因此沒有線粒體的紅細胞不能氧化脂肪酸供能。β-氧化過程中有FADH2和NADH+H+生成，這些氫要經呼吸鏈傳遞給氧生成水，需要氧參加，乙酰CoA的氧化也需要氧。因此，β-氧化是需氧的過程。

二, 其生理意義
脂肪酸β-氧化是體內脂肪酸分解的主要途徑，脂肪酸氧化可以供應機體所需要的大量能量，以十六個碳原子的飽和脂肪酸硬脂酸為例，其β-氧化的總反應為：
CH3（CH2）14COSCoA+7NAD++7FAD+HSCoA+7H2O——→8CH3COSCoA+7FADH2+7NADH+7H+
7分子FADH2提供7×2=14分子ATP，7分子NADH+H+提供7×3=21分子ATP，8分子乙酰CoA*氧化提供8×12=96個分子ATP，因此一克分子軟脂酸*氧化生成CO2和H2O，共提供131克分子ATP。軟脂酸的活化過程消耗2克分子ATP，所以一克分子軟脂酸*氧化可凈生成129克分子ATP。脂肪酸氧化時釋放出來的能量約有40%為機體利用合成高能化合物，其余60%以熱的形式釋出，熱效率為40%，說明機體能很有效地利用脂肪酸氧化所提供的能量。
脂肪酸β-氧化也是脂肪酸的改造過程，機體所需要的脂肪酸鏈的長短不同，通過β-氧化可將長鏈脂肪酸改造成長度適宜的脂肪酸，供機體代謝所需。脂肪酸β-氧化過程中生成的乙酰CoA是一種十分重要的中間化合物，乙酰CoA除能進入三羧酸循環氧化供能外，還是許多重要化合物合成的原料，如酮體、膽固醇和類固醇化合物。