脂肪酸的β氧化

• β-氧化是分解法的过程脂肪酸分子在原核生物的细胞质中被分解，在真核生物的线粒体中被分解，生成乙酰辅酶a。
• 乙酰CoA进入三羧酸循环虽然nadh和fadh₂（即共酶）用于电子传输链。
• 它被称为“氧化”，因为脂肪酸中的碳经过氧化生成羰基。

图：示意图显示线粒体脂肪酸β-氧化和长链3-羟基乙基 - 辅酶的脱氢酶缺乏，LCHAD缺乏症。资料来源：维基百科。

位置的机会

β-氧化在真核生物的线粒体中发生，而在原核生物中的细胞溶胶中。

• 基板：游离脂肪酸;H₂O.
• 产品：一个乙酰辅酶a，一个NADH，一个FADH₂用于从脂肪酸链中除去两碳基团。

氧化途径

• 在线粒体中，脂肪酸经历一系列氧化和水合反应，这导致从脂肪酸链中除去两碳基团（以乙酰COA形式）以及一个NADH和一个形成FADH.₂，进入电子传输链以形成五个ATP。
• 形成的乙酰CoA将进入柠檬酸循环，然后进入电子传输链，导致形成另外12个ATP。循环继续，每圈除去另外的两碳基团，直到原始的长链脂肪酸还原为乙酰COA或丙酰基COA。
• 丙酰基CoA可以通过三种酶活性转化为琥珀酰CoA，其需要生物素和维生素B12作为辅因子，然后琥珀酰CoA可以进入柠檬酸循环。

A.活化脂肪酸

1. 在细胞的细胞溶溶胶中，通过ATP和辅酶A激活长链脂肪酸，形成脂肪酰基CoA。短链脂肪酸在线粒体中激活。
2. ATP转化为AMP和焦磷酸盐（PPI），其通过焦磷酸酶裂解至两种无机磷酸盐（2 PI）。因为两种高能磷酸键粘合，所以两种ATP分子用于脂肪酸活化。

B.脂酰辅酶a从细胞质到线粒体的转运

1. 来自胞质的脂肪酰基辅酶a与线粒体外膜中的肉碱反应，形成脂肪酰基肉碱。这种酶是肉碱酰基转移酶I (CAT I)，也叫肉碱棕榈酰转移酶I (CPT I)。脂肪酰基肉碱通过内膜，在那里重新形成脂肪酰基辅酶a，进入基质。第二种酶是肉碱酰基转移酶II (CAT II)。
2. 催化来自辅酶A至肉碱的丙氨酸酰基转移酶I通过丙二酰基抑制脂肪酸合成中中间体抑制。因此，当在胞质溶溶胶中合成脂肪酸时，丙二酰库抑制其转运进入线粒体，因此防止了徒劳的循环（合成，然后立即降解）。
3. 在线粒体内部，脂肪酰基辅酶a经历-氧化。

C.偶链脂肪酸的β氧化

β-氧化（其中所有反应涉及脂肪酰基-CoA的β-碳）是由四个顺序步骤组成的螺旋，其前三个类似于琥珀酸盐和草乙酸酯之间的TCA循环中的螺旋。重复这些步骤，直到偶数链脂肪酰基-CoA的所有碳转化为乙酰辅酶。

• FAD在第一步从脂肪酸辅酶a中接受氢。α-和β-碳之间产生双键，形成烯酰辅酶A。的FADH₂与电子传递链相互作用，产生ATP。
• 酶：酰基CoA脱氢酶（这种酶的多种变体）
• H₂o在双键上增加，形成β-羟基乙基-COA。
• 酶：Enoyl-CoA水合酶
• 通过NAD +氧化β-羟基酰基-COA至β-酮酰基-COA。产生的NADH与电子传输链相互作用，产生ATP。
• 酶：L-3-hydroxyacyl-CoA脱氢酶(对β-羟基酰基辅酶a的l-异构体特异)。
• β-酮酰基-CoA的α和β碳之间的粘合由需要辅酶A.乙酰-CoA由原始脂肪酰基-Coa的羧基末端的两种碳产生，以及剩余的碳形成脂肪酰基 - COA，这是比原来短的两条碳。
• 酶：β-酮硫酶
• 缩短的脂酰辅酶a重复这四个步骤。重复进行，直到原来的脂酰辅酶a的所有碳都转化为乙酰辅酶a。

图：甚至碳链长度β氧化饱和脂肪酸。资料来源：Pharma X改变

均匀链脂肪酸的能量产率

• 能量是由β氧化产物产生的。
• 16碳棕榈酰辅酶a经过7个重复。
• 在最后一个重复中，一个4-碳脂肪酸酰辅酶a(丁基辅酶a)被裂解为两个乙酰辅酶a。

1.当一个Palmitoyl-CoA被氧化时，七个FADH₂，形成七个NADH和八个乙酰COA。

• 七个fadh.₂每次产生大约1.5个ATP，总共产生大约10.5个ATP。
• 7个NADH各产生约2.5个ATP，共产生约17.5个ATP。
• 这8个乙酰辅酶a可以进入TCA循环，每个产生约10个ATP，总共约80个ATP。
• 从棕榈酰-COA氧化到CO2和H2O，产生约108ATP。

2.从血液中进入血液中的棕榈酸的净ATP是约106，因为在可以氧化之前，棕榈酸酯必须经过活化（需要相当于2 ATP的过程）（108 ATP - 2 ATP = 106 ATP）。

3.其他脂肪酸的氧化将产生不同量的ATP。

D.奇数链和不饱和脂肪酸的氧化

• Odd-chain脂肪酸产生乙酰辅酶a和丙酰辅酶a。
  • 这些脂肪酸重复β-氧化螺旋的四个步骤，产生乙酰辅酶a，直到最后一次裂解，剩下的三个碳以丙酰辅酶a的形式释放出来。
  • 丙酰辅酶a，而不是乙酰辅酶a，可以转化为葡萄糖。

• 不饱和脂肪酸包括大约一半的人脂质中的脂肪酸残基，除了催化β-氧化螺旋的重复步骤之外还需要酶。
• 反应途径根据双键是否处于偶数或奇数碳位置而不同。
  • β -氧化发生，直到不饱和脂肪酸的双键靠近脂肪酸酰基链的羧基端。

（1）如果双键起源于奇数碳数（例如3,5,7等），则异构酶将最终的顺式δ3转化为反式δ2脂肪酸。

（2）如果双键起源于均匀碳数（例如4,6,8等），则最终的反式δ2，顺式-δ4脂肪酸将通过2,4-二烯酰基降低CoA还原酶需要NADPH并产生反式δ3-酰基-COA和NADP1。异构酶将转换反式δ3脂肪酰基-COA转换为反式δ2脂肪酰基-CoA以允许β-氧化继续。

资料来源:维基百科

不饱和脂肪酸的ATP产率

（1）如果双键起源于奇数碳位置，则与相同碳长度的完全饱和脂肪酸相比，由于生产的FADH2较少，因此在奇数碳位置下的每个不饱和度将存在1.5 ATP对于每个不饱和度。

(2)如果双键起源于偶数碳位置，那么与等长完全饱和脂肪酸相比，由于在2,4-二烯基辅酶a还原酶催化的步骤中使用了NADPH，会少产生一个NADH当量(或2.5 ATP)。

β氧化的总体反应

一个氧化循环的总反应是:

C_N-酰基CoA + FAD + NAD⁺+ H₂O + CoA→C_N－2-酰基CoA + FADH₂+ nadh + h⁺+乙酰辅酶a

重要的酶

• 酰基CoA脱氢酶：在脂肪酸链的α和β碳原子之间形成双键。产生一个FADH₂。
• Enoyl辅酶a水合酶:将水分子加入脂肪酸链中，从而打破α和β碳原子之间的双键。
• 3-羟基 - 酰基COA脱氢酶：再次将脂肪酸链脱氢，从而在β碳和氧分子之间形成一个双键。产生一个NADPH。
• 酰基COA酰基转移酶：在脂肪酸链的末端切割乙酰CoA，加入β碳。

调节脂肪酸的β-氧化

通过控制氧化磷酸化的机制来调节β-氧化（即，通过对ATP的需求）的调节。

• 催化剂:肾上腺素通过激活营养依赖性蛋白激酶刺激β-氧化，这导致磷酸化，从而激活HSL。当活化时，HSL从脂肪组织中释放脂肪酸和甘油以进行β-氧化。

• 抑制剂：胰岛素通过去磷酸化HSL抑制β-氧化，从而抑制来自脂肪组织的脂肪酸的释放。

意义

脂肪酸是人体中的主要能量来源，主要通过β-氧化氧化。

参考

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