甘油在甘油激酶（只存在于肝腎腸）催化（消耗1個(gè)ATP）下生成3-磷酸甘油,3-磷酸甘油在磷酸甘油脫氫酶（輔酶為NAD+）作用下生成磷酸二羥丙酮,磷酸二羥丙酮進(jìn)入糖酵解途徑先同分異構(gòu)化為3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛在其脫氫酶（輔酶為NAD+）作用下生成1,3-二磷酸甘油酸,1,3-二磷酸甘油酸經(jīng)過一次底物水平磷酸化（生成1個(gè)ATP）和3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸經(jīng)變位酶催化變成2-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸經(jīng)一次底物水平磷酸化（生成1個(gè)ATP）和丙酮酸,以上反應(yīng)在胞液中進(jìn)行,丙酮酸進(jìn)入線粒體,經(jīng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（有3種酶和6中輔酶組成的符合酶,具體看書,這里脫氫最終給NAD+進(jìn)入呼吸鏈生成3*1個(gè)ATP）催化生成乙酰COA,乙酰COA進(jìn)入三羧酸循環(huán)（這自己看書,3次脫氫給NAD+進(jìn)入呼吸鏈生成3*3個(gè)ATP,一次脫氫給FAD+進(jìn)入呼吸鏈生成2*1個(gè)ATP,一次底物水平磷酸化生成1個(gè)ATP）胞液中的2個(gè)NAD+可有兩種機(jī)制（我用的是5版書見155到156頁）進(jìn)入線粒體可能生成4個(gè)或6個(gè)ATP（這也是為什么1分子葡萄糖徹底氧化會(huì)生成36或38ATP的原因）所以最后是20個(gè)或22個(gè)ATP.
細(xì)胞中的脂肪酸除了一少部分重新合成脂肪作為貯脂外,大部分氧化供能以滿足體內(nèi)能量之需.
1．飽和偶碳脂肪酸的β-氧化作用
早在20世紀(jì)初,脂肪酸的降解已經(jīng)成為探討的對(duì)象.Knoop于1904年開始用苯環(huán)作為標(biāo)記,追蹤脂肪酸在動(dòng)物體內(nèi)的轉(zhuǎn)變過程.當(dāng)時(shí)已知?jiǎng)游矬w缺乏降解苯環(huán)的能力,部分的苯環(huán)化合物仍保持著環(huán)的形式被排出體外. KnooP用五種含碳原子數(shù)目不同的苯脂酸（即直鏈分別含l、2、3、4及5個(gè)碳原子的苯甲酸、苯乙酸、苯丙酸、苯丁酸及苯戊酸）飼養(yǎng)動(dòng)物,收集尿液,然后分析尿中帶有苯環(huán)的物質(zhì).結(jié)果發(fā)現(xiàn)動(dòng)物食進(jìn)的苯脂酸雖然有五種,而它們的代謝產(chǎn)物只有苯甲酸和苯乙酸兩種,苯甲酸和苯乙酸以它們的甘氨酸結(jié)合物 ——馬尿酸和苯乙尿酸的形式從尿中排出.換言之,動(dòng)物食進(jìn)的苯脂酸含有奇數(shù)碳原子（苯基的碳原子不計(jì)）,則排出馬尿酸,而含有偶數(shù)碳原子,則排出苯乙尿酸（表8-1）.
Knoop在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了脂肪酸的β-氧化學(xué)說,他推論脂肪酸氧化是從羧基端的β-位碳原子開始,每次分解出一個(gè)二碳片段.脂代謝有關(guān)酶的分離純化、輔助因素的分析以及同位素的應(yīng)用進(jìn)一步闡明了脂肪酸β-氧化機(jī)制.脂肪酸氧化的步驟如下：
（1）脂肪酸的活化 脂肪酸在細(xì)胞質(zhì)中首先被活化,然后再進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化.活化過程實(shí)際上就是把脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹］o酶A.在細(xì)胞內(nèi)有兩類活化脂肪酸的酶：(l)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂酰輔酶A合成酶（acyl-CoA synthetase）也稱硫激酶(thiokinase),可活化12個(gè)碳原子以上的長(zhǎng)鏈脂肪酸；(2)線粒體脂酰輔酶A合成酶,可活化具有4～10個(gè)碳原子的中鏈或短鏈脂肪酸.催化的反應(yīng)需ATP參加,總反應(yīng)式是:
該反應(yīng)實(shí)際分兩步進(jìn)行：首先脂肪酸的羧基與腺苷酸的磷酸基連在一起形成脂酰腺苷酸和焦磷酸,然后脂酰腺苷酸再與輔酶A化合生成脂酰輔酶A和AMP.
形成一個(gè)高能硫酯鍵需消耗二個(gè)高能磷酸鍵, 反應(yīng)平衡常數(shù)幾乎等于1.但由于機(jī)體內(nèi)有焦磷酸酶可迅速水解反應(yīng)生成的焦磷酸,成為水和無機(jī)磷,保證反應(yīng)自左向右?guī)缀醪豢赡娴剡M(jìn)行.
（2）脂酰輔酶A向線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)移
脂肪酸的β—氧化酶系都存在于線粒體中.在線粒體外合成的脂酰輔酶A,中、短碳鏈的可以直接穿過線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)中,而長(zhǎng)碳鏈的不能穿過線粒體膜.最近發(fā)現(xiàn)肉堿（肉毒堿carnitine）是一種載體,可將脂肪酸以脂酰基形式從線粒體膜外轉(zhuǎn)運(yùn)到膜內(nèi).
肉堿即L-β-羥基 -γ三甲基銨基丁酸,是一個(gè)由賴氨酸衍生而成的兼性化合物.它在線粒體膜外側(cè)與脂酰CoA結(jié)合生成脂酰肉堿（acyl carnitine）,催化該反應(yīng)的酶為肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ（acyl-CoA transferaseⅠ）.反應(yīng)如下：
脂酰肉堿通過線粒體內(nèi)膜的移位酶（translocase）穿過內(nèi)膜,脂?；c線粒體基質(zhì)中的輔酶A結(jié)合,重新產(chǎn)生脂酰輔酶A,釋放肉堿.線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的肉堿轉(zhuǎn)移酶Ⅱ（acyl- CoA transferaseⅡ）催化此反應(yīng).最后肉堿經(jīng)移位酶協(xié)助又回到細(xì)胞質(zhì)中.
（3）脂肪酸β- 氧化作用的步驟 脂酰輔酶A在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行β-氧化作用.β-氧化作用是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-碳原子氧化成羧基,生成含2個(gè)碳原子的乙酰輔酶A和較原來少2個(gè)碳原子的脂肪酸.β-氧化作用包括四個(gè)循環(huán)的步驟：
①脂酰輔酶A的α-β脫氫：脂酰輔酶A在脂酰CoA脫氫酶(acyl-CoA dehydrogenase)的催化下,在α與β碳位之間脫氫,形成反式雙鍵的脂酰輔酶A,即α,β-反式烯脂酰CoA（Δ2反式烯脂酰輔酶A）.
在線粒體中已找到三種脂酰CoA脫氫酶,它們都是以 FAD為輔基,作為氫的載體,只是分別特異催化鏈長(zhǎng)為C4～C6,C6～C14,C6～C18的脂酰輔酶A.
②Δ2反式烯脂酰輔酶A的水化：在烯脂酰輔酶A水化酶(enoyl-CoA hydratase)的催化下,反式烯脂酰輔酶A的雙鍵上加1分子水形成L（+）β-羥脂酰輔酶A.
③L(+) β-羥脂酰輔酶A的脫氫：經(jīng) L(+)β-羥脂酰輔酶A脫氫酶[L(+)β-hydroxyac -yl CoA ehydrogenase]催化,在 L(+)β-羥脂酰輔酶A的C3的羥基上脫氫氧化成β-酮脂酰輔酶A.此酶以NAD+為輔酶.該酶雖然對(duì)底物鏈長(zhǎng)短無專一性,但有明顯的立體特異性,只對(duì)L-型異構(gòu)體的底物有活性.不能作用于D-型底物.
④β-酮脂酰輔酶A的硫在硫解酶(thiolase)即酮脂酰硫解酶(β-ketoacyl-CoA thiolase)催化下,β-酮脂酰輔酶A被第二個(gè)輔酶A分子硫解,產(chǎn)生乙酰輔酶A和比原來少兩個(gè)碳原子的脂酰輔酶A.
雖然β-氧化作用中四個(gè)步驟都是可逆反應(yīng),但由于硫解酶催化的硫解反應(yīng)是高度放能反應(yīng),△G0/＝-28.03kJ／mol.整個(gè)反應(yīng)平衡點(diǎn)偏向于裂解方向,難以進(jìn)行逆向反應(yīng).所以脂肪酸氧化得以繼續(xù)進(jìn)行.
綜上所述,脂肪酸β-氧化作用有四個(gè)要點(diǎn)：① 脂肪酸僅需一次活化,其代價(jià)是消耗1個(gè)ATP分子的二個(gè)高能鍵,其活化酶在線粒體外；② 在線粒體外活化的長(zhǎng)鏈脂酰CoA需經(jīng)肉堿攜帶進(jìn)入線粒體；③ 所有脂肪酸β-氧化的酶都是線粒體酶；④ β-氧化過程包括脫氫、水化、再脫氫、硫解四個(gè)重復(fù)步驟.最終1分子脂肪酸變成許多分子乙酰CoA(如圖8-2).生成的乙酰CoA可以進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化成CO2及H2O,也可以參加其他合成代謝.
（4）脂肪酸β-氧化過程中的能量轉(zhuǎn)變.脂肪酸在β-氧化過程中,每形成1分子乙酰輔酶A,就使1分子FAD還原為FADH2,并使1分子NAD+還原為NADH+H+.FADH2進(jìn)入呼吸鏈生成2分子ATP；NADH+H+ 進(jìn)入呼吸鏈生成3分子ATP.現(xiàn)以軟脂酰輔酶A為例,說明其產(chǎn)生ATP的過程：
軟脂酰輔酶A+HSCoA+FAD+NAD++H2O ——→
豆蔻脂酰輔酶A+乙酰輔酶A+FADH2+NADH+H+
經(jīng)過7次上述的β-氧化循環(huán),即可將軟脂酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)分子的乙酰輔酶A.
軟脂酰輔酶A+7HS－CoA+7FAD+7NAD++7H2O ——→
8乙酰輔酶A+7FADH2+7NADH+7H+
每分子乙酰輔酶A進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化共形成12分子ATP,因此8分子乙酰輔酶A徹底氧化共形成8×12＝96分子ATP.而7分子FADH2和7分子NADH進(jìn)入呼吸鏈共產(chǎn)生2×7+3×7＝35分子ATP.所以軟脂酸徹底氧化為CO2和H2O生成96+35＝131分子ATP,由于軟脂酸活化為軟脂酰輔酶A消耗1分子ATP中的2個(gè)高能磷酸鍵的能量,因此凈生成131-2＝129個(gè)ATP高能磷酸鍵.
當(dāng)軟脂酸氧化時(shí),自由能的變化是-9790.56kJ/mol.ATP水解為ADP和Pi時(shí),自由能的變化為-30.54kJ/mol.軟脂酸生物氧化凈生成129個(gè)ATP,可產(chǎn)生30.54×129＝3939.66kJ的能量.因此在軟脂酸氧化時(shí)約有40％的能量轉(zhuǎn)換成磷酸鍵能貯存于ATP中.
2．不飽和脂肪酸的氧化
不飽和脂肪酸的氧化途徑和上述飽和脂肪酸的β-氧化途徑相似.但由于它比相應(yīng)的飽和脂肪酸多一個(gè)雙鍵,所以在氧化過程中還需要有一個(gè)酶把脂肪酸分子中原有的順式雙鍵結(jié)構(gòu)催化轉(zhuǎn)變?yōu)榉词浇Y(jié)構(gòu)以適于烯脂酰輔酶A水合酶的要求.如果不飽和脂肪酸帶有兩個(gè)雙鍵則還要另加一個(gè)酶把D（-）β-羥脂酰CoA催化轉(zhuǎn)變成L（+）β-羥脂酰輔酶A,以適應(yīng)脂酰-CoA脫氫酶的要求,使之繼續(xù)按β-氧化途徑進(jìn)行.前一種酶稱為Δ3-順-Δ2 -反-烯脂酰CoA異構(gòu)酶,它催化Δ3-順烯脂酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)棣? -反烯脂酰輔酶A.后一種酶稱為β-羥脂酰輔酶A差向酶. 現(xiàn)以十八碳二烯酸為例說明上述兩個(gè)酶的作用,并表示出不飽和脂肪酸的氧化途徑
3．奇數(shù)碳脂肪酸的β-氧化
生物界的脂肪酸大多數(shù)為偶數(shù)碳原子,但在許多植物、海洋生物、石油酵母等體內(nèi)還有部分奇數(shù)碳脂肪酸存在.它們按β- 氧化進(jìn)行,除產(chǎn)生乙酰輔酶A外,最后還剩下一個(gè)丙酰輔酶A.丙酰輔酶A不能再按β-氧化繼續(xù)降解,它經(jīng)3步酶反應(yīng)轉(zhuǎn)變成琥珀酰輔酶A.
4．脂肪酸的α- 氧化
Stumpf,P．K．1956年發(fā)現(xiàn)植物線粒體中除有β- 氧化作用外, 還有一種特殊的氧化途徑,稱為α- 氧化作用.這種氧化途徑后來也在動(dòng)物的腦和肝細(xì)胞中發(fā)現(xiàn).這個(gè)氧化過程是首先使α- 碳原子氧化成羥基,再氧化成酮基,最后脫酸成為少一個(gè)碳的脂肪酸.在這個(gè)氧化系統(tǒng)中,僅以游離脂肪酸能作為底物,而且直接涉及到分子氧,產(chǎn)物既可以是D-α-羥基脂肪酸,也可以是含少一個(gè)碳原子的脂肪酸.α-氧化的機(jī)制至今尚不十分清楚,其可能的途徑是：
長(zhǎng)鏈脂肪酸在一定條件下可直接羥化,產(chǎn)生α-羥脂肪酸,再經(jīng)氧化脫羧作用生成CO2和少一個(gè)碳原子的脂肪酸.
D-α- 羥脂肪酸不能被脫氫酶催化,但可經(jīng)脫羧和脫氫協(xié)同作用,最后產(chǎn)生脂肪醛.
業(yè)已證明,哺乳動(dòng)物組織將綠色蔬菜的葉綠醇氧化為植烷酸后,即通過α-氧化系統(tǒng)將植烷酸氧化為降植烷酸和CO2.在正常情況下,由于組織能十分迅速地降解植烷酸,所以血清中很難找到它.但一種少見的遺傳病——Refsum/S病患者,因缺少α-氧化酶系,植烷酸不被氧化.
從植烷酸的例子來看,α-氧化途徑是不能徹底氧化脂肪酸的,它的作用僅僅是在β-氧化受阻時(shí),首先進(jìn)行α-氧化使β-氧化得以順利進(jìn)行.
5．脂肪酸的ω-氧化
生物體內(nèi)一些中長(zhǎng)鏈(如癸酸、十二碳酸等)以及少量長(zhǎng)鏈脂肪酸,能首先從烴基末端碳原子即ω-碳子上被氧化生成α,ω二羧酸,稱為ω-氧化.ω-氧化涉及末端甲基的羥基化,形成一級(jí)醇,并繼而氧化成醛,再轉(zhuǎn)化成羧酸等步驟.生成的二羧酸再從兩端進(jìn)行β-氧化.
在發(fā)現(xiàn)這一反應(yīng)的初期,并未重視.目前ω-氧化酶系無論從理論上或?qū)嶋H上已日益受到重視,其原因是可利用它來清除海水表面的大量石油.反應(yīng)過程是經(jīng)浮油細(xì)菌的ω-氧化,把烴轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?然后再進(jìn)行脂肪酸兩端的β-氧化降解.據(jù)估計(jì),其氧化作用速率可高達(dá)0.5g／(d?m2),這對(duì)清除海面石油污染無疑會(huì)起重要作用.現(xiàn)已從油浸土壤中分離出許多細(xì)菌,它們具有ω-氧化酶系統(tǒng),可用來清除海水表面的大量浮油.