β氧化

脂肪酸氧化类型

β氧化是指脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之间断裂，生成乙酰辅酶A，和较原来少两个碳原子的脂肪酰辅酶A。脂肪酸β氧化过程可概括为活化、转移、β氧化及最后经三羧酸循环被彻底氧化生成CO2和H2O并释放能量等。

定义

定义：脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之间断裂，生成乙酰辅酶A，和较原来少两个碳原子的脂肪酰辅酶A。

简介

在肝脏内脂肪酸经β-氧化作用生成乙酰辅酶A，两分子的乙酰辅酶A可缩合生成乙酰乙酸。乙酰乙酸可脱羧生成丙酮，也可还原生成β-羟丁酸。乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮总称为酮体。肝脏不能利用酮体，必须经血液运至肝外组织特别是肌肉和肾脏，再转变为乙酰辅酶A而被氧化利用。酮体作为有机体代谢的中间产物，在正常的情况下，其产量甚微，患糖尿病或食用高脂肪膳食时，血中酮体含量增高．尿中也能出现酮体。

说明

脂肪酸是由一条长的烃基上附加一个羧基的化合物，溶解度一般不大，主要来源于脂肪在人体消化道内的水解。

碳原子个数为偶数的脂肪酸进入人体后，其羧基在细胞质基质中与乙酰辅酶A（乙酰CoA）结合，之后循环往复地被催化脱去乙基，产生新的乙酰CoA，直至碳原子全部脱去。

新产生的乙酰CoA大多进入线粒体基质中脱羧脱氢，进而被柠檬酸合成酶催化产生柠檬酸，参与三羧酸循环（又名Kreb循环或柠檬酸循环）。

三个阶段

（1）脂肪酸的活化：脂肪酸的氧化首先须被活化，在ATP、CoA-SH、Mg2+存在下，由位于内质网及线粒体外膜的脂酰CoA合成酶，催化生成脂酰CoA。活化的脂肪酸不仅为一高能化合物，而且水溶性增强，因此提高了代谢活性。

（2）脂酰CoA的转移：是在胞液中进行的，而催化脂肪酸氧化的酶系又存在于线粒体基质内，故活化的脂酰CoA必须先进入线粒体才能氧化，但已知长链脂酰辅酶A是不能直接透过线粒体内膜的，因此活化的脂酰CoA要借助肉碱（camitine），即L-3羟-4-三甲基铵丁酸，而被转运入线粒体内，在线粒体内膜的外侧及内侧分别有肉碱脂酰转移酶I和酶Ⅱ，两者为同工酶。位于内膜外侧的酶Ⅰ，促进脂酰CoA转化为脂酰肉碱，后者可借助线粒体内膜上的转位酶（或载体），转运到内膜内侧，然后，在酶Ⅱ催化下脂酰肉碱释放肉碱，后又转变为脂酰CoA。这样原本位于胞液的脂酰CoA穿过线粒体内膜进入基质而被氧化分解。一般10个碳原子以下的活化脂肪酸不需经此途径转运，而直接通过线粒体内膜进行氧化。

（3）脂酰CoA的β氧化：脂酰CoA进入线粒体基质后，在脂肪酸β氧化酶系催化下，进行脱氢、加水，再脱氢及硫解4步连续反应，最后使脂酰基断裂生成一分子乙酰CoA和一分子比原来少了两个碳原子的脂酰CoA。因反应均在脂酰CoA烃链的α，β碳原子间进行，最后β碳被氧化成酰基，故称为β氧化。

a 脱氢：脂酰CoA在脂酰基CoA脱氢酶的催化下，其烃链的α、β位碳上各脱去一个氢原子，生成α、β烯脂酰CoA（trans-y-enoylCoA），脱下的两个氢原子由该酶的辅酶FAD接受生成FADH2。后者经电子传递链传递给氧而生成水，同时伴有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-羟脂酰CoA（βhydroxyacylCoA）。

c 再脱氢：β-羟脂酰CoA在β-羟脂酰CoA脱氢酶（L-βhydroxyacylCoAdehydrogenase）催化下，脱去β碳上的2个氢原子生成β-酮脂酰CoA，脱下的氢由该酶的辅酶NAD+接受，生成NADH+H+。后者经电子传递链氧化生成水及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使碳链断裂，产生乙酰CoA和一个比原来少两个碳原子的脂酰CoA。以上4步反应均可逆行，但全过程趋向分解，尚无明确的调控位点。

1分子软脂酸含16个碳原子，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分子软脂酸彻底氧化净生成：7×1.5+7×2.5+8×10-2=106分子ATP。

发现过程

β氧化作用的提出是在二十世纪初，Franz Knoop 在此方面作出了关键性的贡献。他将末端甲基上连有苯环的脂肪酸喂饲狗，然后检测狗尿中的产物。结果发现，食用含偶数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇数碳的脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物马尿酸。 Knoop由此推测无论脂肪酸链的长短，脂肪酸的降解总是每次水解下两个碳原子。据此，Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在β-碳原子上，而后Ca与Cb之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。

以后的实验证明Knoop推测的准确性，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-碳原子上进行氧化，然后α-碳原子和β-碳原子之间键发生断裂。每进行一次β-氧化作用，分解出一个二碳片段，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。

后来对CoA的发现以及分离和提纯了参与脂肪酸氧化的各种酶，更弄清了其氧化机制的细节。E．P．Kennedy 和 A．L．Lehninger（1949）指出此氧化系统存在于线粒体中，后来D．E．Green及F．Lynen（1953）各自独立地从线粒体的丙酮粉末提取出可溶性酶，成功地分离出β氧化各个阶段的酶，明确了脂肪β氧化，按下述过程进行：

（1）由脂肪酸活化酶使脂肪酸与 CoA结合，

（2）由乙酰CoA 脱氢酶的作用使乙酰CoA脱氢，

（3）由烯酰CoA水合酶的作用使烯酰CoA加水，

（4）由β-羟基乙酰 CoA脱氢酶的作用使β-羟基乙酰 CoA脱氢，

（5）由β-酮酰CoA硫解酶的作用使β酮酰CoA裂解。

经以上5个阶段逐次游离出来的乙酰CoA（C2片段）经三羧酸循环而氧化。其能量收支为每分子棕榈酸（C16）产生130分子ATP。不饱和脂肪酸的氧化除需上述各种酶之外，还需要催化3-顺-烯酰CoA转变成2-反式的3-顺， 2-反-烯酰CoA异构酶和催化D（一）-3-羟式成L（+）-3-羟式的3-羟乙酰CoA－3-表异构酶参与。由奇数C原子脂肪酸分解产生的丙酰CoA，通过羧化及异构化而转变成琥珀酰CoA再进一步变化。

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