脂肪酸的β-氧化

β-氧化是循环分解脂肪酸的分解代谢途径，每次降解两个碳原子，释放乙酰辅酶A以及还原型电子载体（NADH和FADH2）。它是心脏、骨骼肌和肝脏从脂肪中获取能量的主要途径，并在禁食、长时间运动和碳水化合物限制期间成为主要的燃料来源。

Definition

β-氧化是线粒体（对于极长链底物，也包括过氧化物酶体）的分解代谢途径，其中活化的脂肪酰辅酶A经历反复的氧化、水合、第二次氧化和硫解裂解循环，每个循环使链缩短两个碳原子，并产生一个乙酰辅酶A、一个FADH2和一个NADH。

Scope

本条目涵盖脂肪酸的活化和通过肉碱穿梭进入线粒体，每个β-氧化循环的四个酶促步骤，能量产出，以及协调氧化与合成的相互调节。它简要介绍了极长链脂肪酸的过氧化物酶体氧化，并侧重于线粒体途径。它是一个生化参考，而非关于脂肪酸氧化障碍的临床指南。

Core questions

• 长链脂肪酸如何穿过线粒体内膜？
• 一个β-氧化循环的四个化学步骤是什么？哪些酶催化它们？
• β-氧化的速率相对于脂肪酸合成是如何控制的？
• 奇数碳链和不饱和脂肪酸是如何被不同处理的？

Key concepts

• 脂肪酰辅酶A活化
• 肉碱穿梭（CPT1、CPT2、肉碱-酰基肉碱转运酶）
• 酰基辅酶A脱氢酶、烯酰辅酶A水合酶、羟酰辅酶A脱氢酶、硫解酶
• 乙酰辅酶A、NADH、FADH2产出
• 丙二酰辅酶A对CPT1的抑制
• 极长链脂肪酸的过氧化物酶体氧化
• 奇数碳链和不饱和脂肪酸的处理

Key theories

肉碱穿梭作为受调节的进入步骤

长链脂肪酰辅酶A不能直接穿过线粒体内膜；肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）将其转化为酰基肉碱进行转运，并且由于CPT1受到丙二酰辅酶A的抑制，因此当合成活跃时，此步骤是氧化被关闭的主要位点。

Mechanisms

游离脂肪酸首先通过酰基辅酶A合成酶活化为脂肪酰辅酶A，消耗两个高能磷酸键。然后，长链酰基辅酶A通过肉碱穿梭系统导入线粒体基质：外膜上的CPT1形成酰基肉碱，转运蛋白将其交换穿过内膜，CPT2在内部再生酰基辅酶A。每个β-氧化循环随后进行四个反应：FAD依赖性酰基辅酶A脱氢酶引入一个反式双键，烯酰辅酶A水合酶加水，NAD+依赖性3-羟酰辅酶A脱氢酶将羟基氧化为酮基，硫解酶裂解掉乙酰辅酶A，留下一个缩短了两个碳原子的脂肪酰辅酶A重新进入循环。乙酰辅酶A进入柠檬酸循环（或在肝脏中进行酮体生成），而NADH和FADH2驱动氧化磷酸化。通量受丙二酰辅酶A对CPT1的控制以及AMP活化蛋白激酶的调节，当细胞能量低时，AMP活化蛋白激酶会降低丙二酰辅酶A水平，从而促进氧化。

Clinical relevance

β-氧化为心脏和肝脏提供大部分能量，是遗传性脂肪酸氧化障碍（如MCAD缺乏症）的代谢背景，也是理解禁食为何增加对脂肪作为燃料的依赖的基础。本条目提供正常途径及其调节的参考和教育；它不提供任何个体的诊断标准或管理建议。

History

弗朗兹·克诺普（Franz Knoop）在1904年使用苯标记的脂肪酸推导出了脂肪酸降解的两个碳原子逐步性质，并提出了β碳原子氧化的概念。酶学细节随着20世纪中期辅酶A和柠檬酸循环的发现而浮现，麦加里（McGarry）和福斯特（Foster）在1980年阐述了通过丙二酰辅酶A和肉碱穿梭系统将氧化与合成联系起来的调节逻辑。后来的研究将AMP活化蛋白激酶置于上游，作为调节这种平衡的细胞能量传感器。

Key figures

• Franz Knoop
• J. Denis McGarry
• Daniel Foster
• D. Grahame Hardie

Seminal works

• mcgarry-foster-1980

Frequently asked questions

为什么该途径被称为“β”-氧化？

氧化发生在脂肪酰链的β碳原子上（如果羧基碳算作C1，则是第三个碳原子），该碳原子在链裂解前被转化为酮基，因此该途径以被氧化碳原子的位置命名。

为什么脂肪酸必须使用肉碱穿梭系统才能进入线粒体？

线粒体内膜对长链酰基辅酶A不透性，因此肉碱穿梭系统将其转化为酰基肉碱进行转运；此步骤也是一个关键的调节检查点，因为当脂肪酸合成活跃时，CPT1会受到丙二酰辅酶A的抑制。