脂肪酸的Β氧化：步骤，反应，产物，调节 - 生物学 - 2025

脂肪酸的β氧化是脂肪酸分解代谢（降解）的途径，其主要功能是这些分子键中所含能量的产生或“释放”。

这条路线是在1904年发现的，这要归功于德国Franz Knoop进行的实验，该实验包括向实验大鼠施用其最终甲基已被苯基修饰的脂肪酸。

脂肪酸的β氧化图（来源：ArturoGonzálezLaguna通过Wikimedia Commons）

努普预计这些“类似物”脂肪酸的分解代谢产物将遵循与正常（未经修饰的天然）脂肪酸的氧化途径相似的途径。但是，他发现所获得的产物随脂肪酸碳原子数的变化而存在差异。

有了这些结果，Knoop提出降解是在“步骤”中发生的，首先是对β碳（相对于末端羧基的位置3的一个）的“攻击”，释放了两个碳原子的片段。

后来表明，该过程需要线粒体中产生的ATP形式的能量，并且两个碳原子的片段以乙酰辅酶A的形式进入克雷布斯循环。

简而言之，脂肪酸的β氧化涉及末端羧基的活化，活化的脂肪酸向线粒体基质中的转运以及羧基上的两两碳“阶梯式”氧化。

像许多合成代谢和分解代谢过程一样，该途径受到管制，因为当其他分解代谢途径不足以满足细胞和人体能量需求时，它值得动员“储备”脂肪酸。

步骤和反应

脂肪酸主要存在于细胞质中，无论它们来自生物合成途径还是来自摄入食物（必须进入细胞）的脂肪沉积物。

-活化脂肪酸并运输到线粒体

脂肪酸的活化需要使用ATP分子，并且与辅酶A形成酰基硫酯共轭物有关。

这种活化作用是通过对每种脂肪酸的链长具有特异性的一组称为乙酰辅酶A连接酶的酶来催化的。这些酶中的一些被嵌入到线粒体外膜中时，会被脂肪酸激活，从而将它们运输到线粒体基质中。

脂肪酸的活化（资料来源：英文维基百科，通过Wikimedia Commons获得Jag123）

活化过程分两个步骤进行，首先是用ATP从活化的脂肪酸中产生酰基腺苷酸，然后释放出焦磷酸盐分子（PPi）。然后，由ATP激活的羧基被辅酶A的巯基攻击，形成酰基辅酶A。

酰基辅酶A通过线粒体膜的转运是通过称为肉碱穿梭的转运系统实现的。

-具有偶数碳原子的饱和脂肪酸的β氧化

脂肪酸的降解是一条循环路径，因为两个碳原子的每个片段的释放紧随其后，直到达到分子的全长。在此过程中涉及的反应如下：

-脱氢。

-双键的水合。

-羟基的脱氢。

-通过乙酰辅酶A分子对β碳的攻击而破碎。

反应1：先脱氢

它包括通过消除两个氢原子在α-碳和β-碳之间形成双键。它是由酰基辅酶A脱氢酶催化的，该酶形成反式2-烯酰基-S-CoA分子和FAD +（辅因子）分子。

反应2和3：水合和脱氢

水合由烯酰辅酶A水合酶催化，而脱氢由3-羟酰基辅酶A脱氢酶介导，后者的反应取决于辅因子NAD +。

反式2-烯酰基-S-CoA的水合产生3-羟酰基-CoA，其脱氢产生3-酮酰基-CoA分子和NADH +H。

在β氧化的前三个反应中产生的FADH2和NADH通过电子传输链被再氧化，因此，它们参与了ATP的生产，每个FADH2 2个分子，每个NADH 3个分子。

反应4：碎片化

β氧化的每个循环都会除去带有两个碳原子的分子，最后以酮碳的“硫解”裂解结束，酮碳在α和β碳之间的键上受到“辅酶A”的攻击。

该反应被酶β-酮硫解酶或硫解酶催化，其产物是一分子的酰基辅酶A（具有更少碳原子的活化脂肪酸）和一种乙酰基辅酶A。

-碳原子数奇数的饱和脂肪酸的β氧化

在具有奇数碳原子（不是非常丰富）的脂肪酸中，最后一个降解循环的分子具有5个碳原子，因此其片段化会生成乙酰基-CoA分子（进入到Krebs）和另一种丙酰辅酶A。

丙酰辅酶A必须被丙酰辅酶A羧化酶羧化（取决于ATP和碳酸氢盐的反应），从而形成称为D-甲基丙二酰辅酶A的化合物，必须将其差向异构化为“ L”形式。

奇数脂肪酸的Beta氧化（来源：Eleska，来自Wikimedia Commons）

然后，通过差向异构化产生的化合物在酶L-甲基丙二酰-CoA突变酶的作用下转化为琥珀酰-CoA，该分子以及乙酰基-CoA进入柠檬酸循环。

-不饱和脂肪酸的β氧化

许多细胞脂质具有不饱和脂肪酸链，也就是说，它们的碳原子之间具有一个或多个双键。

这些脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸的氧化稍有不同，因为另外两种酶烯酰-CoA异构酶和2,4-二烯酰-CoA还原酶负责消除这些不饱和度，因此这些脂肪酸可以是烯醇酰辅酶A水合酶的底物。

不饱和脂肪酸的Beta氧化（来源：Hajime7basketball，来自Wikimedia Commons）

烯酰基-CoA异构酶作用于单不饱和脂肪酸（只有一个不饱和键），与此同时，酶2,4-二烯酰基-CoA还原酶与多不饱和脂肪酸（具有两个或多个不饱和键）反应。

-β线粒体氧化

脂肪酸的β氧化也可能发生在其他胞质细胞器（例如过氧化物酶体）内部，区别在于转移到FAD +的电子没有传递到呼吸链，而是直接传递到氧气。

该反应产生过氧化氢（氧被还原），这是一种过氧化氢酶所消除的化合物，对这些细胞器具有特异性。

β氧化产物

脂肪酸氧化比碳水化合物分解产生更多的能量。β氧化的主要产物是在该路径的循环部分的每个步骤中产生的乙酰辅酶A，但是，其他产物是：

-活化过程中产生的AMP，H +和焦磷酸盐（PPi）。

-对于产生的每种乙酰基-CoA，FADH2和NADH。

-琥珀酸-CoA，ADP，Pi，用于奇数链脂肪酸。

棕榈酸的β氧化（来源：“ Rojinbkht，来自Wikimedia Commons）

如果我们以棕榈酸（棕榈酸酯）（一种具有16个碳原子的脂肪酸）的完全β氧化为例，则产生的能量大约等于129个ATP分子，这些分子来自必须完成的7转。周期。

规

大多数细胞中脂肪酸β氧化的调节取决于能量的可获得性，不仅与碳水化合物有关，而且与脂肪酸本身有关。

动物控制着动员，因此控制了通过激素刺激引起的脂肪分解，而脂肪分解同时受到诸如cAMP等分子的控制。

在肝脏（主要的脂肪分解器官）中，丙二酰辅酶A的浓度对于调节β氧化极为重要。这是参与脂肪酸生物合成途径的第一个底物。

当丙二酰辅酶A大量积累时，它会促进脂肪酸的生物合成并抑制线粒体转运蛋白或酰基肉碱的穿梭。当其浓度降低时，抑制作用停止，β氧化被激活。

参考文献

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