脂肪酸的不同氧化方式

常見的偶數碳飽和脂肪酸通過普通的β-氧化即可完成代謝。不過一些特殊的脂肪酸，如不飽和脂肪酸、支鏈脂肪酸和超長鏈脂肪酸（22碳以上），氧化時需要某些不同的過程，包括異構化、α-氧化、ω-氧化，以及過氧化物酶體中的氧化過程等。

對於不飽和脂肪酸，一般每個雙鍵要少一次脂醯輔酶A脫氫過程，即減少一個FADH2。但除了能量差異，還會有雙鍵位置和構型的問題。

如果雙鍵在脂醯輔酶A的3位，不能被脂醯輔酶A脫氫酶催化，需要異構到2位才行。此反應由Δ3-烯脂醯輔酶A異構酶1（ECI1）催化，不論順反，均生成2位的反式雙鍵。例如油酸在9位有一個順式雙鍵，三個循環後形成Δ3-順烯脂醯輔酶A。異構生成Δ2-反烯脂醯輔酶A，即可繼續氧化。

不飽和脂肪酸的氧化

2位的雙鍵不論順反都可以水化，但順式雙鍵水化會生成D型產物，需要在β-羥脂醯輔酶A差向酶作用下轉變為L型，才能繼續氧化。

對於多不飽和脂肪酸，氧化時容易形成2,4-位的共軛雙鍵。這時需要消耗一個NADPH，由2,4-二烯醯輔酶A還原酶（DECR1）將其還原，生成3位的反式雙鍵，再異構到2位。

所以反式脂肪酸是可以被氧化代謝的。不過反式脂肪酸的代謝還是有些問題。有人比較了反油酸（9-反式-十八烯酸）與油酸和硬脂酸的降解，發現反油酸在線粒體中β-氧化時會積累5-反式-十四烯醯-CoA。文章認為這是由於長鏈醯基輔酶A脫氫酶（LCAD）對其親和力較低，這種積累會導致5-反式-十四烯酸從線粒體逸出，幹擾細胞質中蛋白質的脂醯化等過程（J Biol Chem. 2004 Dec 10;279(50):52160-7.）。

反油酸在鼠肝線粒體中的降解，引自J Biol Chem. 2004 Dec 10;279(50):52160-7.

所以儘量不要攝入太多反式脂肪酸。世界衛生組織（WHO）2003年建議反式脂肪的供能比（反式脂肪提供的能量佔膳食攝入總能量的百分比）應低於1%。

脂肪酸的氧化也有一部分在其它細胞器進行，比如內質網中可以進行ω-氧化，在脂肪酸的末位碳上引入羥基，再依次氧化為醛基和羧基，形成二羧酸。參與的酶依次為ω-羥化酶、醇脫氫酶和醛脫氫酶，它們也參與乙醇代謝過程。

ω-羥化酶屬於細胞色素P450家族，包括CYP4A11、CYP4A22、CYP4F等。這個羥化反應需要分子氧和NADPH。白三烯、維生素E的代謝也需要ω-羥化酶參與。也有報導稱ω-氧化可以降解α-氯化脂肪酸（J Biol Chem. 2010 Dec 31;285(53):41255-41269.）。有些微生物可以通過ω-氧化將烷烴轉化為脂肪酸，可用於環保方面，如清除洩露的石油之類。

通過ω-氧化降解α-氯化脂肪酸，引自J Biol Chem. 2010 Dec 31;285(53):41255-41269.

ω-氧化通常是次要脂肪酸氧化途徑。在某些病理狀態下，例如糖尿病，長期飲酒和飢餓時，或者肉鹼穿梭缺陷導致β-氧化被阻斷時，相關中間體會積聚。此時ω-氧化就會作為一種補償而上調。（EBioMedicine. 2017 Mar; 17: 57–66.）

ω-氧化可以作為β-氧化不足的補償。引自EBioMedicine. 2017 Mar; 17: 57–66.

在過氧化物酶體中存在α-氧化和β-氧化途徑。其β-氧化的反應過程基本與線粒體中的相似，但催化的酶卻有所不同。最明顯的差別是第一步的酶，這裡用的不是脫氫酶，而是氧化酶（關於二者區別可以參考《脫氫酶與氧化酶有何區別》一文）。因為線粒體中生成的FADH2可以直接通過呼吸鏈再生，而這裡就只能直接把電子傳遞給氧，生成過氧化氫。

過氧化物酶體中的β-氧化途徑，引自themedicalbiochemistrypage.org

過氧化物酶體的β-氧化主要負責處理超長鏈脂肪酸（VLCFA：C18–C26）。它們並不會被氧化成二氧化碳，而是形成鏈縮短的脂醯輔酶A，然後轉運到線粒體中完全氧化。過氧化物酶體還負責代謝ω-氧化產生的長鏈二元羧酸，某些多不飽和脂肪酸（PUFA）以及α-氧化途徑的產物等。

α-氧化主要用於降解一些特殊的脂肪酸，比如3位帶有分支結構等。例如哺乳動物從食物中攝入的葉綠素代謝時，會生成植烷酸，其β位有甲基，這種結構不能通過β-氧化降解，只能通過α-氧化脫羧才能繼續進行β-氧化。

植酸的α-氧化降解，引自themedicalbiochemistrypage.org

α-氧化先在α-位羥化，然後在1,2位之間裂解，放出一個甲醯輔酶A，得到截短一個碳的脂肪醛。之後可以正常氧化、活化，通過β-氧化降解。