《生物化學與分子生物學》 (一)脂肪酸的β-氧化過程

此過程可分為活化，轉移，β-氧化共三個階段。

1.脂肪酸的活化

和葡萄糖一樣，脂肪酸參加代謝前也先要活化。其活化形式是硫酯：脂肪酰CoA，催化脂肪酸活化的酶是脂酰CoA合成酶(acyl CoA synthetase)。

活化后生成的脂酰CoA極性增強，易溶于水；分子中有高能鍵、性質活潑；是酶的特異底物，與酶的親和力大，因此更容易參加反應。

脂酰CoA合成酶又稱硫激酶，分布在胞漿中、線粒體膜和內質網(wǎng)膜上。胞漿中的硫激酶催化

中短鏈脂肪酸活化；內質網(wǎng)膜上的酶活化長鏈脂肪酸，生成脂酰CoA，然后進入內質網(wǎng)用于甘油三酯合成；而線粒體膜上的酶活化的長鏈脂酰CoA，進入線粒體進入β-氧化。

2.脂酰CoA進入線粒體：催化脂肪酸β-氧化的酶系在線粒體基質中，但長鏈脂酰CoA不能自由通過線粒體內膜，要進入線粒體基質就需要載體轉運，這一載體就是肉毒堿(carnitine)，即3－羥－4－三甲氨基丁酸。

長鏈脂肪酰CoA和肉毒堿反應，生成輔酶A和脂酰肉毒堿，脂肪?；c肉毒堿的3羥基通過酯鍵相連接。

催化此反應的酶為肉毒堿脂酰轉移酶(carnitineacyl transferase)。線粒體內膜的內外兩側均有此酶，系同工酶，分別稱為肉毒堿脂酰轉移酶I和肉毒堿脂酰轉移酶Ⅱ。酶Ⅰ使胞漿的脂酰CoA轉化為輔酶A和脂肪酰肉毒堿，后者進入線粒體內膜。位于線粒體內膜內側的酶Ⅱ又使脂肪酰肉毒堿轉化成肉毒堿和脂酰CoA，肉毒堿重新發(fā)揮其載體功能，脂酰CoA則進入線粒體基質，成為脂肪酸β-氧化酶系的底物(圖5－10)。

圖5-10　肉毒堿參與脂酰輔酶A轉入線粒體示意圖

酶Ⅰ：位于線粒體內膜外側的肉毒堿脂酰轉移酶

酶Ⅱ：位于線粒體內膜內側的肉毒堿脂酰轉移酶

長鏈脂酰CoA進入線粒體的速度受到肉毒堿脂酰轉移酶Ⅰ和酶Ⅱ的調節(jié)，酶Ⅰ受丙二酰CoA抑制，酶Ⅱ受胰島素抑制。丙二酰CoA是合成脂肪酸的原料，胰島素通過誘導乙酰CoA羧化酶的合成使丙二酰CoA濃度增加，進而抑制酶Ⅰ?？梢钥闯鲆葝u素對肉毒堿脂酰轉移酶Ⅰ和酶Ⅱ有間接或直接抑制作用。饑餓或禁食時胰島素分泌減少，肉毒堿脂酰轉移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增高，轉移的長鏈脂肪酸進入線粒體氧化供能。

3.β-氧化的反應過程：脂酰CoA在線粒體基質中進入β氧化要經(jīng)過四步反應，即脫氫、加水、再脫氫和硫解，生成一分子乙酰CoA和一個少兩個碳的新的脂酰CoA。

第一步脫氫(dehydrogenation)反應由脂酰CoA脫氫酶活化，輔基為FAD，脂酰CoA在α和β碳原子上各脫去一個氫原子生成具有反式雙鍵的α、β-烯脂肪酰輔酶A。

第二步加水（hydration)反應由烯酰CoA水合酶催化，生成具有L-構型的β-羥脂酰CoA。

第三步脫氫反應是在β－羥脂肪酰CoA脫飴酶（輔酶為NAD+）催化下，β-羥脂肪酰CoA脫氫生成β酮脂酰CoA。

第四步硫解（thiolysis)反應由β－酮硫解酶催化，β－酮酯酰CoA在α和β碳原子之間斷鏈，加上一分子輔酶A生成乙酰CoA和一個少兩個碳原子的脂酰CoA。

上述四步反應與TCA循環(huán)中由琥珀酸經(jīng)延胡索酸、蘋果酸生成草酰乙酸的過程相似，只是β-氧化的第四步反應是硫解，而草酰乙酸的下一步反應是與乙酰CoA縮合生成檸檬酸。

長鏈脂酰CoA經(jīng)上面一次循環(huán)，碳鏈減少兩個碳原子，生成一分子乙酰CoA，多次重復上面的循環(huán)，就會逐步生成乙酰CoA。

從上述可以看出脂肪酸的β-氧化過程具有以下特點。首先要將脂肪酸活化生成脂酰CoA，這是一個耗能過程。中、短鏈脂肪酸不需載體可直拉進入線粒體，而長鏈脂酰CoA需要肉毒堿轉運。β-氧化反應在線粒體內進行，因此沒有線粒體的紅細胞不能氧化脂肪酸供能。β-氧化過程中有FADH2和NADH+H+生成，這些氫要經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧生成水，需要氧參加，乙酰CoA的氧化也需要氧。因此，β-氧化是絕對需氧的過程。

脂肪酸β-氧化的整個過程可用下圖(圖5－11)表示：

圖5-11　脂肪酸β氧化反應過程