[科普中國(guó)]-β氧化

β氧化是代謝氧化的一個(gè)長(zhǎng)鏈脂肪酸通過(guò)連續(xù)周期的反應(yīng)在每一步的脂肪酸是縮短形成含兩個(gè)原子碎片移除乙酰輔酶a。脂肪酸β氧化過(guò)程可概括為活化、轉(zhuǎn)移、β氧化及最后經(jīng)三羧酸循環(huán)被徹底氧化生成CO2和H?O并釋放能量等。

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(gè)碳原子的乙酰輔酶A，和較原來(lái)少兩個(gè)碳原子的脂肪酸。

簡(jiǎn)介在肝臟內(nèi)脂肪酸經(jīng)β-氧化作用生成乙酰輔酶A,兩分子的乙酰輔酶A可縮合生成乙酰乙酸。乙酰乙酸可脫羧生成丙酮,也可還原生成β-羥丁酸。乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮總稱(chēng)為酮體。肝臟不能利用酮體,必須經(jīng)血液運(yùn)至肝外組織特別是肌肉和腎臟,再轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A而被氧化利用。酮體作為有機(jī)體代謝的中間產(chǎn)物,在正常的情況下,其產(chǎn)量甚微,患糖尿病或食用高脂肪膳食時(shí)，血中酮體含量增高．尿中也能出現(xiàn)酮體1。

說(shuō)明脂肪酸是由一條長(zhǎng)的烴基上附加一個(gè)羧基的化合物，溶解度一般不大，主要來(lái)源于脂肪在人體消化道內(nèi)的水解。

碳原子個(gè)數(shù)為偶數(shù)的脂肪酸進(jìn)入人體后，其羧基在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中與乙酰輔酶A（乙酰CoA）結(jié)合，之后循環(huán)往復(fù)地被催化脫去乙基，產(chǎn)生新的乙酰CoA，直至碳原子全部脫去。

新產(chǎn)生的乙酰CoA大多進(jìn)入線粒體基質(zhì)中脫羧脫氫，進(jìn)而被檸檬酸合成酶催化產(chǎn)生檸檬酸，參與三羧酸循環(huán)（又名Kreb循環(huán)或檸檬酸循環(huán)）。

三個(gè)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，由位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體外膜的脂酰CoA合成酶，催化生成脂酰CoA.活化的脂肪酸不僅為一高能化合物，而且水溶性增強(qiáng)，因此提高了代謝活性。

**（2）脂酰CoA的轉(zhuǎn)移：**是在胞液中進(jìn)行的，而催化脂肪酸氧化的酶系又存在于線粒體基質(zhì)內(nèi)，故活化的脂酰CoA必須先進(jìn)入線粒體才能氧化，但已知長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A是不能直接透過(guò)線粒體內(nèi)膜的，因此活化的脂酰CoA要借助肉堿（camitine），即L-3羥-4-三甲基銨丁酸，而被轉(zhuǎn)運(yùn)入線粒體內(nèi)，在線粒體內(nèi)膜的外側(cè)及內(nèi)側(cè)分別有肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I和酶Ⅱ，兩者為同工酶。位于內(nèi)膜外側(cè)的酶Ⅰ，促進(jìn)脂酰CoA轉(zhuǎn)化為脂酰肉堿，后者可借助線粒體內(nèi)膜上的轉(zhuǎn)位酶（或載體），轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，然后，在酶Ⅱ催化下脂酰肉堿釋放肉堿，后又轉(zhuǎn)變?yōu)橹oA.這樣原本位于胞液的脂酰CoA穿過(guò)線粒體內(nèi)膜進(jìn)入基質(zhì)而被氧化分解。一般10個(gè)碳原子以下的活化脂肪酸不需經(jīng)此途徑轉(zhuǎn)運(yùn)，而直接通過(guò)線粒體內(nèi)膜進(jìn)行氧化。

**（3）脂酰CoA的β氧化：**脂酰CoA進(jìn)入線粒體基質(zhì)后，在脂肪酸β氧化酶系催化下，進(jìn)行脫氫、加水，再脫氫及硫解4步連續(xù)反應(yīng)，最后使脂?；鶖嗔焉梢环肿右阴oA和一分子比原來(lái)少了兩個(gè)碳原子的脂酰CoA.因反應(yīng)均在脂酰CoA烴鏈的α，β碳原子間進(jìn)行，最后β碳被氧化成?；?，故稱(chēng)為β氧化。

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

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

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

d 硫解：β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA在硫解酶（β-ketoacylCoAthiolase）催化下，加一分子CoASH使碳鏈斷裂，產(chǎn)生乙酰CoA和一個(gè)比原來(lái)少兩個(gè)碳原子的脂酰CoA.以上4步反應(yīng)均可逆行，但全過(guò)程趨向分解，尚無(wú)明確的調(diào)控位點(diǎn)。

1分子軟脂酸含16個(gè)碳原子，靠7次β氧化生成7分子NADH+H+，7分子FADH2，8分子乙酰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凈生成：7×1.5+7×2.5+8×10-2=106分子ATP。

發(fā)現(xiàn)過(guò)程β氧化作用的提出是在二十世紀(jì)初，F(xiàn)ranz Knoop 在此方面作出了關(guān)鍵性的貢獻(xiàn)。他將末端甲基上連有苯環(huán)的脂肪酸喂飼狗，然后檢測(cè)狗尿中的產(chǎn)物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，食用含偶數(shù)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(shù)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(cè)無(wú)論脂肪酸鏈的長(zhǎng)短，脂肪酸的降解總是每次水解下兩個(gè)碳原子。?據(jù)此，Knoop 提出脂肪酸的氧化發(fā)生在β-碳原子上，而后Ca與Cb之間的鍵發(fā)生斷裂，從而產(chǎn)生二碳單位，此二碳單位Knoop推測(cè)是乙酸。

以后的實(shí)驗(yàn)證明Knoop推測(cè)的準(zhǔn)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(jìn)行氧化，然后α-碳原子和β-碳原子之間鍵發(fā)生斷裂。每進(jìn)行一次β-氧化作用，分解出一個(gè)二碳片段，生成較原來(lái)少兩個(gè)碳原子的脂肪酸。

后來(lái)對(duì)CoA的發(fā)現(xiàn)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(jī)制的細(xì)節(jié)。E．P．Kennedy 和 A．L．Lehninger（1949）指出此氧化系統(tǒng)存在于線粒體中，后來(lái)D．E．Green及F．Lynen（1953）各自獨(dú)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(gè)階段的酶，明確了脂肪β氧化，按下述過(guò)程進(jìn)行：

（1）由脂肪酸活化酶使脂肪酸與 CoA結(jié)合，

（2）由乙酰CoA脫氫酶的作用使乙酰CoA脫氫，

（3）由烯酰CoA水合酶的作用使烯酰CoA加水，

（4）由β-羥基乙酰 CoA脫氫酶的作用使β-羥基乙酰 CoA脫氫，

（5）由β-酮酰CoA硫解酶的作用使β酮酰CoA裂解。

經(jīng)以上5個(gè)階段逐次游離出來(lái)的乙 酰CoA（C2片段）經(jīng)三羧酸循環(huán)而氧化。其能量收支為每分子棕櫚酸（C16）產(chǎn)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-烯酰CoA轉(zhuǎn)變成2-反式的3-順， 2-反-烯酰CoA異構(gòu)酶和催化D（一）-3-羥式成L（+）-3-羥式的3-羥乙酰CoA－3-表異構(gòu)酶參與。由奇數(shù)C原子脂肪酸分解產(chǎn)生的丙酰CoA，通過(guò)羧化及異構(gòu)化而轉(zhuǎn)變成琥珀酰CoA再進(jìn)一步變化1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江松敏 - 副教授 - 復(fù)旦大學(xué)