β氧化

β氧化是代謝氧化的一個長鏈脂肪酸通過連續周期的反應在每一步的脂肪酸是縮短形成含兩個原子碎片移除乙醯輔酶a。脂肪酸β氧化過程可概括為活化、轉移、β氧化及最後經三羧酸循環被徹底氧化生成CO2和H₂O並釋放能量等。

基本介紹

• 中文名：β氧化
• 外文名：β-oxidation
• 發現人：Franz Knoop

簡要

脂肪酸是由一條長的烴基上附加一個羧基的化合物，溶解度一般不大，主要來源於脂肪在人體消化道內的水解。

碳原子個數為偶數的脂肪酸進入人體後，其羧基在細胞質基質中與乙醯輔酶A（乙醯CoA）結合，之後循環往復地被催化脫去乙基，產生新的乙醯CoA，直至碳原子全部脫去。

新產生的乙醯CoA大多進入線粒體基質中脫羧脫氫，進而被檸檬酸合成酶催化產生檸檬酸，參與三羧酸循環（又名Kreb循環或檸檬酸循環）。

三個階段

（1）脂肪酸的活化：脂肪酸的氧化首先須被活化，在ATP、CoA-SH、Mg2+存在下，由位於內質網及線粒體外膜的脂醯CoA合成酶，催化生成脂醯CoA.活化的脂肪酸不僅為一高能化合物，而且水溶性增強，因此提高了代謝活性。

（2）脂醯CoA的轉移：是在胞液中進行的，而催化脂肪酸氧化的酶系又存在於線粒體基質內，故活化的脂醯CoA必須先進入線粒體才能氧化，但已知長鏈脂醯輔酶A是不能直接透過線粒體內膜的，因此活化的脂醯CoA要藉助肉鹼（camitine），即L-3羥-4-三甲基銨丁酸，而被轉運入線粒體內，線上粒體內膜的外側及內側分別有肉鹼脂醯轉移酶I和酶Ⅱ，兩者為同工酶。位於內膜外側的酶Ⅰ，促進脂醯CoA轉化為脂醯肉鹼，後者可藉助線粒體內膜上的轉位酶（或載體），轉運到內膜內側，然後，在酶Ⅱ催化下脂醯肉鹼釋放肉鹼，後又轉變為脂醯CoA.這樣原本位於胞液的脂醯CoA穿過線粒體內膜進入基質而被氧化分解。一般10個碳原子以下的活化脂肪酸不需經此途徑轉運，而直接通過線粒體內膜進行氧化。

（3）脂醯CoA的β氧化：脂醯CoA進入線粒體基質後，在脂肪酸β氧化酶系催化下，進行脫氫、加水，再脫氫及硫解4步連續反應，最後使脂醯基斷裂生成一分子乙醯CoA和一分子比原來少了兩個碳原子的脂醯CoA.因反應均在脂醯CoA烴鏈的α，β碳原子間進行，最後β碳被氧化成醯基，故稱為β氧化。

a 脫氫：脂醯CoA在脂醯基CoA脫氫酶的催化下，其烴鏈的α、β位碳上各脫去一個氫原子，生成α、β烯脂醯CoA（trans-y-enoylCoA），脫下的兩個氫原子由該酶的輔酶FAD接受生成FAD.2H.後者經電子傳遞鏈傳遞給氧而生成水，同時伴有1.5分子ATP的生成。

b 加水：α、β烯脂醯CoA在烯醯CoA水合酶的催化下，加水生成β-羥脂醯CoA（βhydroxyacylCoA）。

c 再脫氫：β-羥脂醯CoA在β-羥脂醯CoA脫氫酶（L-βhydroxyacylCoAdehydrogenase）催化下，脫去β碳上的2個氫原子生成β-酮脂醯CoA，脫下的氫由該酶的輔酶NAD+接受，生成NADH+H+.後者經電子傳遞鏈氧化生成水及2.5分子ATP.

d 硫解：β-酮脂醯CoA在β-酮脂醯CoA在硫解酶（β-ketoacylCoAthiolase）催化下，加一分子CoASH使碳鏈斷裂，產生乙醯CoA和一個比原來少兩個碳原子的脂醯CoA.以上4步反應均可逆行，但全過程趨向分解，尚無明確的調控位點。

1分子軟脂酸含16個碳原子，靠7次β氧化生成7分子NADH+H+，7分子FADH2，8分子乙醯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分子軟脂酸徹底氧化淨生成：7×1.5+7×2.5+8×10-2=106分子ATP。

發現過程

β氧化作用的提出是在二十世紀初，Franz Knoop 在此方面作出了關鍵性的貢獻。他將末端甲基上連有苯環的脂肪酸餵飼狗，然後檢測狗尿中的產物。結果發現，食用含偶數碳的脂肪酸的狗的尿中有苯乙酸的衍生物苯乙尿酸，而食用含奇數碳的脂肪酸的狗的尿中有苯甲酸的衍生物馬尿酸。 Knoop由此推測無論脂肪酸鏈的長短，脂肪酸的降解總是每次水解下兩個碳原子。據此，Knoop 提出脂肪酸的氧化發生在β-碳原子上，而後Ca與Cb之間的鍵發生斷裂，從而產生二碳單位，此二碳單位Knoop推測是乙酸。

以後的實驗證明Knoop推測的準確性，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-碳原子上進行氧化，然後α-碳原子和β-碳原子之間鍵發生斷裂。每進行一次β-氧化作用，分解出一個二碳片段，生成較原來少兩個碳原子的脂肪酸。

後來對CoA的發現以及分離和提純了參與脂肪酸氧化的各種酶，更弄清了其氧化機制的細節。E．P．Kennedy 和 A．L．Lehninger（1949）指出此氧化系統存在於線粒體中，後來D．E．Green及F．Lynen（1953）各自獨立地從線粒體的丙酮粉末提取出可溶性酶，成功地分離出β氧化各個階段的酶，明確了脂肪β氧化如圖所示，按下述過程進行：

（1）由脂肪酸活化酶使脂肪酸與 CoA結合，

（2）由乙醯CoA脫氫酶的作用使乙醯CoA脫氫，

（3）由烯醯CoA水合酶的作用使烯醯CoA加水，

（4）由β-羥基乙醯 CoA脫氫酶的作用使β-羥基乙醯 CoA脫氫，

（5）由β-酮醯CoA硫解酶的作用使β酮醯CoA裂解。

經以上5個階段逐次游離出來的乙 醯CoA（C2片段）經三羧酸循環而氧化。其能量收支為每分子棕櫚酸（C16）產生130分子ATP。不飽和脂肪酸的氧化除需上述各種酶之外，還需要催化3-順-烯醯CoA轉變成2-反式的3-順， 2-反-烯醯CoA異構酶和催化D（一）-3-羥式成L（+）-3-羥式的3-羥乙醯CoA－3-表異構酶參與。由奇數C原子脂肪酸分解產生的丙醯CoA，通過羧化及異構化而轉變成琥珀醯CoA再進一步變化。

定義

定義：脂肪酸在一系列酶的作用下，在α碳原子和β碳原子之間斷裂，β碳原子被氧化成羧基，生成含有兩個碳原子的乙醯輔酶A，和較原來少兩個碳原子的脂肪酸