脂肪酸分解(Fatty acid catabolism)

1. 發生位置：脂肪酸的氧化作用發生在粒線體（mitochondria）內
2. 生物醫學上的重要性：
A. 脂肪酸氧化作用速率的增加是飢餓及糖尿病的特徵，這會促使肝臟製造酮體（Ketone body）
B. 酮體呈酸性，所以當長期產生過量酮體時（糖尿病），會引起酮酸中毒（ketoacidosis）
C. 糖質新生作用（gluconeogenesis）也需要脂肪酸氧化作用的參與，出現於脂肪酸氧化過程中的任何障礙都會導致低血糖（hypoglycemia）
3. 反應步驟
A. 步驟一、活化（activation）─消耗ATP：
脂肪酸必須先和ATP反應，轉變為活化的中間產物，才能與其他酵素作更進一步的代謝 →這是脂肪酸整個分解過程中唯一需要ATP提供能量的步驟
a. ATP脫去兩個PPi後會和脂肪酸結合成fatty acyl adenylate
b. Co A在acyl-CoA synthetase（硫激酶=thiokinase，存在粒線體外膜上）的催化下，CoA把AMP取代出來，形成最終產物fatty acyl-CoA


資料來源：維基百科
B. 步驟二、將fatty acyl-CoA運送到粒線體（mitochondria）內
長鏈的Fatty acyl-CoA不能穿過粒線體內膜進入粒線體基質，需藉肉酸素（carnitine）運送機制，以下是此機制的流程：
˙ 粒線體外膜： Carnitine palmitoyl-transferase 1（CPT1）會催化Fatty acyl-CoA跟carnitine結合，形成fatty acylcarnitine
˙ 粒線體內膜： Carnitine-acylcarnitine translocase作為轉運蛋白，將acylcarnitine運到粒線體基質內
˙ 基質內： acylcarnitine在Carnitine palmitoyltransferase2（CPT2）的催化下，將Carnitine丟掉，重新產生acyl-CoA
→acyl-CoA便可進行β-oxidation產生能量。而脫除的carnitine則會再回到粒線體膜間重複使用


資料來源：醫學生物化學頁面
此表顯示不同碳數的脂肪酸具有不同的代謝部位和膜之間的運送機制※注意：碳數大於20的長鏈脂肪酸，其代謝的部位換到了過氧化酶體！
＊肉酸素（carnitine）代謝缺乏症
˙ 低血酮症：因脂肪酸代謝會產生酮體，若carnitine缺乏，脂肪酸會無法代謝，故不會產生酮體
˙ 低血糖：無法利用脂肪酸產生能量，轉而利用醣類代謝

˙ 高胺血症：無法利用脂肪酸產生能量，轉而利用蛋白質為能量來源

C. 步驟三、脂肪酸氧化(Fatty acid oxidation)

4. 多元不飽和脂肪酸（polysaturated fatty acid）的代謝
A. 右圖是18碳的多元不飽和脂肪酸，而自然界中大部分的多元不飽和脂肪酸為順式
B. 飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的差別為
→跳過了Acyl-CoA Dehydrogenase的作用（少了一個FADH2產生的步驟）

5. 奇數碳脂肪酸的氧化作用：

A. 奇數碳脂肪酸的β-oxidation，其過程都跟偶數碳脂肪酸一樣，到只剩三個碳的時候才有特殊的氧化反應

B. 丙醯輔酶A（propionyl-CoA）經由三個步驟代謝成琥珀酸CoA（succinyl-CoA）

a. S-Methylmalonyl-CoA（S-甲基丙二醯輔酶A）的合成：丙醯輔酶A羧化成S-甲基丙二醯輔酶A，消耗1ATP→PPi+AMP、HCO3－

b. R-Methylmalony-CoA（R甲基丙二醯輔酶A）的合成：經由甲基丙二醯輔酶A消旋酶（Methylmalonyl-CoA epimerase）的作用

c. 琥珀醯輔酶A的合成：R-甲基丙二醯輔酶A的重碳組，經由甲基丙二醯輔酶A的轉換酶（Methylmalonyl-coA mutase）和維生素B12，形成琥珀醯輔酶A，進入檸檬酸循環

C. 因為產物琥珀醯輔酶A能進入檸檬酸循環，因此具有糖質新生（glucogenic）的能力

6. 過氧化酶體中的β-氧化（Peroxisomal β-Oxidation of Fatty Acids）

A. 20碳以上的非常長鏈脂肪酸，會在過氧化酶體（peroxisome）中進行β-氧化。縮短的脂肪酸接著轉移到粒線體進一步氧化

B. 和粒線體的β-氧化不同的是，過氧化體一開始的去氫作用是由含FAD的醯基輔酶A氧化酶催化。產生的FADH2由氧分子氧化，本身還原成H2O2，H2O2再由觸酶catalase還原成水

C. 非常長碳鏈脂肪酸的代謝先在過氧化酶體中進行，由於不在粒線體內，無法產生氧化磷酸化反應，所以不會產生ATP，過氧化酶體也不會對短碳鍊產生反應。

7. 粒線體和過氧化酶體中的氧化比較：

粒線體	產物	過氧化酶體
FADH2進入氧化磷酸化	FADH2	FADH2和H2O2結合形成H2O+O2
NADH產生NADH+H+	NADH	NADH會釋放出來給需要的反應使用
acetyl-CoA送入檸檬酸循環使用	acetyl-CoA	acetyl-CoA會送出過氧化酶體

8. 過氧化小體脂類代謝異常 ─腎上腺腦白質失氧症（Adrenoleukodystrophy，簡稱ALD）
A. 病因： 位於X染色體上之ATP-binding cassette，sub-family D， member 1基因（簡稱X-ALD或ABCD1基因）發生突變，造成患者細胞內過氧化小體（peroxisome）異常，無法代謝非常長鏈飽和性脂肪酸（very long-chain fatty acids，簡稱 VLCFA），尤其是 24 個碳及 26 個碳的脂肪酸，導致體內VLCFA大量堆積在大腦白質和腎上腺皮質，進而侵蝕腦神經系統的髓鞘質，導致中樞神經發展遲滯退化，產生神經傳遞功能障礙
B. 羅倫佐的油(Lorenzo's Oil)是三油酸甘油脂（glycerol trioleate）與三芥子酸甘油脂（glycerol trierucate）的4：1比例的混合物，兩種脂質分別是油酸（oleic acid）與芥子酸（erucic acid）的結合型，此混合物用在腎上腺腦白質失養症(adrenoleukodystrophy, ALD)的預防性治療上

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