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，生成乙酰輔酶A，和較原來少兩個碳原子的脂肪酰輔酶A。 ^[2] 

在肝臟內脂肪酸經β-氧化作用生成乙酰輔酶A，兩分子的乙酰輔酶A可縮合生成乙酰乙酸。乙酰乙酸可脱羧生成丙酮，也可還原生成β-羥丁酸。乙酰乙酸、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，再轉變為乙酰輔酶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 ^[1]  。

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後，其羧基在細胞質基質中與乙酰輔酶A（乙酰CoA）結合，之後循環往復地被催化脱去乙基，產生新的乙酰CoA，直至碳原子全部脱去。

新產生的乙酰CoA大多進入線粒體基質中脱羧脱氫，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）。

（1）脂肪酸的活化：脂肪酸的氧化首先須被活化，在ATP、CoA-SH、Mg²⁺存在下，由位於內質網及線粒體外膜的脂酰CoA合成酶，催化生成脂酰CoA。活化的脂肪酸不僅為一高能化合物，而且水溶性增強，因此提高了代謝活性。

（2）脂酰CoA的轉移：是在胞液中進行的，而催化脂肪酸氧化的酶系又存在於線粒體基質內，故活化的脂酰CoA必須先進入線粒體才能氧化，但已知長鏈脂酰輔酶A是不能直接透過線粒體內膜的，因此活化的脂酰CoA要藉助肉鹼（camitine），即L-3羥-4-三甲基銨丁酸，而被轉運入線粒體內，在線粒體內膜的外側及內側分別有肉鹼脂酰轉移酶I和酶Ⅱ，兩者為同工酶。位於內膜外側的酶Ⅰ，促進脂酰CoA轉化為脂酰肉鹼，後者可藉助線粒體內膜上的轉位酶（或載體），轉運到內膜內側，然後，在酶Ⅱ催化下脂酰肉鹼釋放肉鹼，後又轉變為脂酰CoA。這樣原本位於胞液的脂酰CoA穿過線粒體內膜進入基質而被氧化分解。一般10個碳原子以下的活化脂肪酸不需經此途徑轉運，而直接通過線粒體內膜進行氧化。

（3）脂酰CoA的β氧化：脂酰CoA進入線粒體基質後，在脂肪酸β氧化酶系催化下，進行脱氫、加水，再脱氫及硫解4步連續反應，最後使脂酰基斷裂生成一分子乙酰CoA和一分子比原來少了兩個碳原子的脂酰CoA。因反應均在脂酰CoA烴鏈的α，β碳原子間進行，最後β碳被氧化成酰基，故稱為β氧化。

a 脱氫：脂酰CoA在脂酰基CoA脱氫酶的催化下，其烴鏈的α、β位碳上各脱去一個氫原子，生成α、β烯脂酰CoA（trans-y-enoylCoA），脱下的兩個氫原子由該酶的輔酶FAD接受生成FADH₂。後者經電子傳遞鏈傳遞給氧而生成水，同時伴有1.5分子ATP的生成。

b 加水：α、β烯脂酰CoA在烯酰CoA水合酶的催化下，加水生成β-羥脂酰CoA（βhydroxyacylCoA）。

c 再脱氫：β-羥脂酰CoA在β-羥脂酰CoA脱氫酶（L-βhydroxyacylCoAdehydrogenase）催化下，脱去β碳上的2個氫原子生成β-酮脂酰CoA，脱下的氫由該酶的輔酶NAD⁺接受，生成NADH+H⁺。後者經電子傳遞鏈氧化生成水及2.5分子ATP。

d 硫解：β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA硫解酶（β-ketoacylCoAthiolase）催化下，加一分子CoASH使碳鏈斷裂，產生乙酰CoA和一個比原來少兩個碳原子的脂酰CoA。以上4步反應均可逆行，但全過程趨向分解，尚無明確的調控位點。

1分子軟脂酸含16個碳原子，靠7次β氧化生成7分子NADH+H⁺，7分子FADH2，8分子乙酰CoA，共生成：7×1.5+7×2.5+8×10=108分子ATP，而所有脂肪酸活化均需耗去2分子ATP。故1分子軟脂酸徹底氧化淨生成：7×1.5+7×2.5+8×10-2=106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）由乙酰CoA脱氫酶的作用使乙酰CoA脱氫，

（3）由烯酰CoA水合酶的作用使烯酰CoA加水，

（4）由β-羥基乙酰 CoA脱氫酶的作用使β-羥基乙酰 CoA脱氫，

（5）由β-酮酰CoA硫解酶的作用使β酮酰CoA裂解。

經以上5個階段逐次遊離出來的乙酰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-烯酰CoA轉變成2-反式的3-順， 2-反-烯酰CoA異構酶和催化D（一）-3-羥式成L（+）-3-羥式的3-羥乙酰CoA－3-表異構酶參與。由奇數C原子脂肪酸分解產生的丙酰CoA，通過羧化及異構化而轉變成琥珀酰CoA再進一步變化 ^[1]  。