β氧化

定義：脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之間斷裂，β碳原子被氧化成羧基，生成含有兩個碳原子的乙醯輔酶A，和較原來少兩個碳原子的脂肪酸。

在肝臟內脂肪酸經β-氧化作用生成乙醯輔酶A,兩分子的乙醯輔酶A可縮合生成乙醯乙酸。乙醯乙酸可脫羧生成丙酮，也可還原生成β-羥丁酸。乙醯乙酸、β-羥丁酸和丙酮總稱為酮體。肝臟不能利用酮體，必須經血液運至肝外組織特別是肌肉和腎臟，再轉變為乙醯輔酶A而被氧化利用。酮體作為有機體代謝的中間產物，在正常的情況下，其產量甚微，患糖尿病或食用高脂肪膳食時，血中酮體含量增高．尿中也能出現酮體。

脂肪酸是由一條長的烴基上附加一個羧基的化合物，溶解度一般不大，主要來源於脂肪在人體消化道內的水解。

碳原子個數為偶數的脂肪酸進入人體后，其羧基在細胞質基質中與乙醯輔酶A（乙醯CoA）結合，之後循環往複地被催化脫去乙基，產生新的乙醯CoA，直至碳原子全部脫去。

新產生的乙醯CoA大多進入線粒體基質中脫羧脫氫，進而被檸檬酸合成酶催化產生檸檬酸，參與三羧酸循環（又名Kreb循環或檸檬酸循環）。

β氧化途徑(βoxidation pathway)是脂肪酸氧化分解的主要途徑，脂肪酸被連續地在β碳氧化降解生成乙醯CoA，同時生成NADH和FADH2，因此可產生大量的ATP。該途徑因脫氫和裂解均發生在β位碳原子而得名。每一輪脂肪酸β氧化都是由4步反應組成：氧化、水化、再氧化和硫解。

脂肪酸的活化在胞液中進行，而催化脂肪酸氧化分解的酶系存在於線粒體的基質內，因此活化的脂醯CoA必須進入線粒體內才能代謝。長鏈的脂醯CoA不能直接透過線粒體內膜，需依靠特殊的運送機制將它們轉運進入線粒體。肉（毒）鹼[carnitine，L-(CH3)3N+CH2CH(OH)CH2COO-，L-β羥-γ-三甲氨基丁酸]是脂醯基的轉運載體。

脂醯CoA在線粒體基質中，被疏鬆結合在一起的脂酸β-氧化多酶複合體催化，脂醯基的β碳原子發生氧化，經脫氫、水化、再脫氫、硫解4步連續反應，生成1分子乙醯CoA和1分子比原來少2個碳原子的脂醯CoA。

1．脂肪酸的活化——脂醯CoA的生成

脂肪酸的活化反應在胞液中進行，脂肪酸在脂醯CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)催化下，在ATP、CoA-SH、Mg2+ 存在的條件下，活化為脂醯CoA。脂醯CoA含有高能硫酯鍵，而且水溶性增大，使脂醯基的代謝活性明顯增加。分子中的CoA是脂醯基的載體。由於反應過程中生成的焦磷酸（PPi），迅速被細胞內的焦磷酸酶水解，阻止了逆向反應的發生，因此1分子脂肪酸活化成脂醯CoA，實際上消耗了2個高能磷酸鍵。

2.脂醯CoA進入線粒體

脂肪酸的活化在胞液中進行，而催化脂肪酸氧化分解的酶系存在於線粒體基質，因此活化的脂醯CoA必須進入線粒體才能分解。脂醯CoA不能直接透過線粒體內膜，其脂醯基需經肉（毒）鹼轉運才能進入基質。線粒體內膜的兩側存在著肉毒鹼脂醯轉移酶Ⅰ及Ⅱ，在位於線粒體內膜外側面的酶Ⅰ的催化下，脂醯CoA轉化為脂肪醯肉毒鹼，而移到膜內側，進入膜內側的脂肪醯肉毒鹼又經酶Ⅱ的催化而重新轉變成脂醯CoA，並釋放出肉毒鹼(圖5-1-8)。肉毒鹼脂醯轉移酶Ⅰ是限速酶，脂醯CoA進入線粒體是脂肪酸氧化的限速步驟，當飢餓、高脂低糖膳食或糖尿病時，體內糖利用發生障礙，需要脂肪酸供能，這時肉毒鹼脂醯轉移酶Ⅰ活性增加，脂肪酸氧化增強。

1. 脫氫 脂醯CoA在脂醯CoA脫氫酶催化下，α、β碳原子各脫下一個氫原子生成反△2烯脂醯CoA。FAD接受這對氫原子生成FADH2。

2. 水化 反△2烯脂醯CoA在△2烯脂醯水化酶的催化下，加水生成L(+)-β-羥脂醯CoA。

3. 再脫氫 L(+)-β-羥脂醯CoA在β-羥脂醯CoA脫氫酶的催化下，在β碳原子上脫去2個氫原子，生成β-酮脂醯CoA，NAD+接受脫下的這對氫原子生成NADH+H+。

4. 硫解 β-酮脂醯CoA在β-酮脂醯CoA硫解酶的催化下，α與β碳原子間發生斷裂，1分子CoASH參與反應，生成1分子乙醯CoA和少了2個碳原子的脂醯CoA。

以上生成的比原來少2個碳原子的脂醯CoA，可再進行β-氧化，如此反覆進行，直至生成4碳的丁醯CoA，後者進行最後一次β-氧化，將1分子脂醯CoA全部分解為乙醯CoA，完成β-氧化全過程。

脂肪酸經β-氧化生成的乙醯CoA，在線粒體內可與其他代謝途徑生成的乙醯CoA一起進入三羧酸循環，充分氧化成水和CO2，還可以轉變為其他代謝中間產物（如酮體、膽固醇等）

1.β-氧化過程在線粒體基質內進行；

2.β-氧化為一循環反應過程，由脂肪酸氧化酶系催化，反應不可逆；

3.需要FAD，NAD，CoA為輔助因子；

4.每循環一次，生成一分子FADH2，一分子NADH，一分子乙醯CoA和一分子減少兩個碳原子的脂醯CoA。

5.脂肪酸氧化分解是體內重要的能量來源。

軟脂醯CoA需經7次β-氧化，分解生成8分子乙醯CoA、7FADH2、7NADH+H+。因此1分子軟脂醯CoA氧化共產生（7×2）+（7×3）+（8×12）=131ATP，減去軟脂酸活化時消耗的2個高能磷酸鍵（相當於2個ATP），凈生成129分子ATP。

β氧化作用的提出是在二十世紀初，Franz Knoop 在此方面作出了關鍵性的貢獻。他將末端甲基上連有苯環的脂肪酸喂飼狗，然後檢測狗尿中的產物。結果發現，食用含偶數碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇數碳的脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物馬尿酸。 Knoop由此推測無論脂肪酸鏈的長短，脂肪酸的降解總是每次水解下兩個碳原子。據此，Knoop 提出脂肪酸的氧化發生在β-碳原子上，而後Ca與Cb之間的鍵發生斷裂，從而產生二碳單位，此二碳單位Knoop推測是乙酸。

以後的實驗證明Knoop推測的準確性，由此提出了脂肪酸的β-氧化作用。

β-氧化作用是指脂肪酸在β-碳原子上進行氧化，然後α-碳原子和β-碳原子之間鍵發生斷裂。每進行一次β-氧化作用，分解出一個二碳片段，生成較原來少兩個碳原子的脂肪酸。

後來對CoA的發現以及分離和提純了參與脂肪酸氧化的各種酶，更弄清了其氧化機制的細節。E．P．Kennedy 和 A．L．Lehninger（1949）指出此氧化系統存在於線粒體中，後來D．E．Green及F．Lynen（1953）各自獨立地從線粒體的丙酮粉末提取出可溶性酶，成功地分離出β氧化各個階段的酶，明確了脂肪β氧化，按下述過程進行：

（1）由脂肪酸活化酶使脂肪酸與 CoA結合，

（2）由乙醯CoA脫氫酶的作用使乙醯CoA脫氫，

（3）由烯醯CoA水合酶的作用使烯醯CoA加水，

（4）由β-羥基乙醯 CoA脫氫酶的作用使β-羥基乙醯 CoA脫氫，

（5）由β-酮醯CoA硫解酶的作用使β酮醯CoA裂解。

經以上5個階段逐次遊離出來的乙 醯CoA（C2片段）經三羧酸循環而氧化。其能量收支為每分子棕櫚酸（C16）產生130分子ATP。不飽和脂肪酸的氧化除需上述各種酶之外，還需要催化3-順-烯醯CoA轉變成2-反式的3-順， 2-反-烯醯CoA異構酶和催化D（一）-3-羥式成L（+）-3-羥式的3-羥乙醯CoA－3-表異構酶參與。由奇數C原子脂肪酸分解產生的丙醯CoA，通過羧化及異構化而轉變成琥珀醯CoA再進一步變化。