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技術(shù)文章
脂肪酸的β-氧化過程
點(diǎn)擊次數(shù)：2798 發(fā)布時(shí)間：2011-6-7
脂肪酸的β-氧化過程
一、脂肪酸的β-氧化過程
肝和肌肉是進(jìn)行脂肪酸氧化zui活躍的組織，其zui主要的氧化形式是β-氧化。此過程可分為活化，轉(zhuǎn)移，β-氧化共三個階段。
1. 脂肪酸的活化
脂肪酸參加代謝前和葡萄糖一樣也先要活化。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(qiáng)，易溶于水；分子中有高能鍵、性質(zhì)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(yīng)。
脂酰CoA合成酶又稱硫激酶，分布在胞漿中、線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。胞漿中的硫激酶催化中短鏈脂肪酸活化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的酶活化長鏈脂肪酸，生成脂酰CoA，然后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)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(jìn)入線粒體進(jìn)入β-氧化。
2. 脂酰CoA進(jìn)入線粒體
催化脂肪酸β-氧化的酶系在線粒體基質(zhì)中，但長鏈脂酰CoA不能自由通過線粒體內(nèi)膜，要進(jìn)入線粒體基質(zhì)就需要載體轉(zhuǎn)運(yùn)，這一載體就是肉毒堿（carnitine），即3-羥-4-*氨基丁酸。
長鏈脂肪酰CoA和肉毒堿反應(yīng)，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(yīng)的酶為肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶（carnitine acyl transferase）。線粒體內(nèi)膜的內(nèi)外兩側(cè)均有此酶，系同工酶，分別稱為肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I和肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ。酶Ⅰ使胞漿的脂酰CoA轉(zhuǎn)化為輔酶A和脂肪酰肉毒堿，后者進(jìn)入線粒體內(nèi)膜。位于線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的酶Ⅱ又使脂肪酰肉毒堿轉(zhuǎn)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(jìn)入線粒體基質(zhì)，成為脂肪酸β-氧化酶系的底物。
長鏈脂酰CoA進(jìn)入線粒體的速度受到肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ的調(diào)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(dǎo)乙酰CoA羧化酶的合成使丙二酰CoA濃度增加，進(jìn)而抑制酶Ⅰ?？梢钥闯鲆葝u素對肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ有間接或直接抑制作用。饑餓或禁食時(shí)胰島素分泌減少，肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增高，轉(zhuǎn)移的長鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體氧化供能。
3. β-氧化的反應(yīng)過程
脂酰CoA在線粒體基質(zhì)中進(jìn)入β氧化要經(jīng)過四步反應(yīng)，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。
*步脫氫（dehydrogenation）反應(yīng)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(yīng)由烯酰CoA水合酶催化，生成具有L-構(gòu)型的β-羥脂酰CoA。
第三步脫氫反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)是硫解，而草酰乙酸的下一步反應(yīng)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(fù)上面的循環(huán)，就會逐步生成乙酰CoA。
脂肪酸的β-氧化過程具有以下特點(diǎn)。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(jìn)入線粒體，而長鏈脂酰CoA需要肉毒堿轉(zhuǎn)運(yùn)。β-氧化反應(yīng)在線粒體內(nèi)進(jìn)行，因此沒有線粒體的紅細(xì)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-氧化是需氧的過程。
二、脂肪酸β-氧化的生理意義
脂肪酸β-氧化是體內(nèi)脂肪酸分解的主要途徑，脂肪酸氧化可以供應(yīng)機(jī)體所需要的大量能量，以十六個碳原子的飽和脂肪酸硬脂酸為例，其β-氧化的總反應(yīng)為：
CH3（CH2）14COSCoA+7NAD++7FAD+HSCoA+7H2O——→8CH3COSCoA+7FADH2+7NADH+7H+
7分子FADH2提供7×2=14分子ATP，7分子NADH+H+提供7×3=21分子ATP，8分子乙酰CoA*氧化提供8×12=96個分子ATP，因此一克分子軟脂酸*氧化生成CO2和H2O，共提供131克分子ATP。軟脂酸的活化過程消耗2克分子ATP，所以一克分子軟脂酸*氧化可凈生成129克分子ATP。脂肪酸氧化時(shí)釋放出來的能量約有40%為機(jī)體利用合成高能化合物，其余60%以熱的形式釋出，熱效率為40%，說明機(jī)體能很有效地利用脂肪酸氧化所提供的能量。
脂肪酸β-氧化也是脂肪酸的改造過程，機(jī)體所需要的脂肪酸鏈的長短不同，通過β-氧化可將長鏈脂肪酸改造成長度適宜的脂肪酸，供機(jī)體代謝所需。脂肪酸β-氧化過程中生成的乙酰CoA是一種十分重要的中間化合物，乙酰CoA除能進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化供能外，還是許多重要化合物合成的原料，如酮體、膽固醇和類固醇化合物。
肝和肌肉是進(jìn)行脂肪酸氧化zui活躍的組織，其zui主要的氧化形式是β-氧化。此過程可分為活化，轉(zhuǎn)移，β-氧化共三個階段。
1. 脂肪酸的活化
脂肪酸參加代謝前和葡萄糖一樣也先要活化。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(qiáng)，易溶于水；分子中有高能鍵、性質(zhì)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(yīng)。
脂酰CoA合成酶又稱硫激酶，分布在胞漿中、線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。胞漿中的硫激酶催化中短鏈脂肪酸活化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的酶活化長鏈脂肪酸，生成脂酰CoA，然后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)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(jìn)入線粒體進(jìn)入β-氧化。
2. 脂酰CoA進(jìn)入線粒體
催化脂肪酸β-氧化的酶系在線粒體基質(zhì)中，但長鏈脂酰CoA不能自由通過線粒體內(nèi)膜，要進(jìn)入線粒體基質(zhì)就需要載體轉(zhuǎn)運(yùn)，這一載體就是肉毒堿（carnitine），即3-羥-4-*氨基丁酸。
長鏈脂肪酰CoA和肉毒堿反應(yīng)，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(yīng)的酶為肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶（carnitine acyl transferase）。線粒體內(nèi)膜的內(nèi)外兩側(cè)均有此酶，系同工酶，分別稱為肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I和肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅱ。酶Ⅰ使胞漿的脂酰CoA轉(zhuǎn)化為輔酶A和脂肪酰肉毒堿，后者進(jìn)入線粒體內(nèi)膜。位于線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的酶Ⅱ又使脂肪酰肉毒堿轉(zhuǎn)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(jìn)入線粒體基質(zhì)，成為脂肪酸β-氧化酶系的底物。
長鏈脂酰CoA進(jìn)入線粒體的速度受到肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ的調(diào)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(dǎo)乙酰CoA羧化酶的合成使丙二酰CoA濃度增加，進(jìn)而抑制酶Ⅰ?？梢钥闯鲆葝u素對肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ有間接或直接抑制作用。饑餓或禁食時(shí)胰島素分泌減少，肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ和酶Ⅱ活性增高，轉(zhuǎn)移的長鏈脂肪酸進(jìn)入線粒體氧化供能。
3. β-氧化的反應(yīng)過程
脂酰CoA在線粒體基質(zhì)中進(jìn)入β氧化要經(jīng)過四步反應(yīng)，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。
*步脫氫（dehydrogenation）反應(yīng)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(yīng)由烯酰CoA水合酶催化，生成具有L-構(gòu)型的β-羥脂酰CoA。
第三步脫氫反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)是硫解，而草酰乙酸的下一步反應(yīng)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(fù)上面的循環(huán)，就會逐步生成乙酰CoA。
脂肪酸的β-氧化過程具有以下特點(diǎn)。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(jìn)入線粒體，而長鏈脂酰CoA需要肉毒堿轉(zhuǎn)運(yùn)。β-氧化反應(yīng)在線粒體內(nèi)進(jìn)行，因此沒有線粒體的紅細(xì)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-氧化是需氧的過程。
二、脂肪酸β-氧化的生理意義
脂肪酸β-氧化是體內(nèi)脂肪酸分解的主要途徑，脂肪酸氧化可以供應(yīng)機(jī)體所需要的大量能量，以十六個碳原子的飽和脂肪酸硬脂酸為例，其β-氧化的總反應(yīng)為：
CH3（CH2）14COSCoA+7NAD++7FAD+HSCoA+7H2O——→8CH3COSCoA+7FADH2+7NADH+7H+
7分子FADH2提供7×2=14分子ATP，7分子NADH+H+提供7×3=21分子ATP，8分子乙酰CoA*氧化提供8×12=96個分子ATP，因此一克分子軟脂酸*氧化生成CO2和H2O，共提供131克分子ATP。軟脂酸的活化過程消耗2克分子ATP，所以一克分子軟脂酸*氧化可凈生成129克分子ATP。脂肪酸氧化時(shí)釋放出來的能量約有40%為機(jī)體利用合成高能化合物，其余60%以熱的形式釋出，熱效率為40%，說明機(jī)體能很有效地利用脂肪酸氧化所提供的能量。
脂肪酸β-氧化也是脂肪酸的改造過程，機(jī)體所需要的脂肪酸鏈的長短不同，通過β-氧化可將長鏈脂肪酸改造成長度適宜的脂肪酸，供機(jī)體代謝所需。脂肪酸β-氧化過程中生成的乙酰CoA是一種十分重要的中間化合物，乙酰CoA除能進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化供能外，還是許多重要化合物合成的原料，如酮體、膽固醇和類固醇化合物。