（一）脂肪动员
储存在脂肪组织中的三酰甘油在脂肪酶的催化下逐步水解为游离脂肪酸和甘油并释放入血，以供其他组织氧化利用，此过程称为脂肪动员。
脂肪组织中含有的脂肪酶包括三酰甘油脂肪酶、二酰甘油脂肪酶及一酰甘油脂肪酶。其中以三酰甘油脂肪酶的活性最低，因此三酰甘油脂肪酶是三酰甘油分解的限速酶。由于该酶的活性受多种激素的调控，故又称为激素敏感性三酰甘油脂肪酶（hormone－sensitive－triglyceride lipase，HSL）。肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素、ACTH等能激活细胞膜上的腺苷酸环化酶，使细胞内的cAMP浓度升高，进而激活依赖cAMP的蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）。在PKA的作用下，使HSL活化，促进脂肪的动员。胰岛素、前列腺素E2等能够抑制腺苷酸环化酶的活性，同时提高磷酸二酯酶的活性，结果使细胞内cAMP的水平降低，抑制三酰甘油脂肪酶的活性，减少脂肪的动员。凡是能够提高三酰甘油脂肪酶活性，促进脂肪动员的激素称脂解激素。反之，称抗脂解激素。
当机体处于饥饿、禁食或交感神经兴奋时，肾上腺素、胰高血糖素分泌增加，三酰甘油的分解随之增加，血液中游离脂肪酸和甘油的含量升高，以满足机体对能量的需要（图5－1）。
脂肪动员分解的脂肪酸和甘油，甘油直接释放入血，而游离的脂肪酸难溶于水，入血后须与清蛋白结合形成游离脂肪酸－清蛋白复合物运输，随血液运输到全身各组织利用。
图5－1 激素调节脂肪动员作用示意图
（二）脂肪酸的β－氧化
脂肪酸是机体重要的能源物质，在供氧充足的条件下，脂肪酸在体内可彻底氧化分解成CO2和H2O并释放大量能量，以ATP的形式供机体利用。除脑组织和成熟红细胞外，大多数组织都能够氧化利用脂肪酸，但以肝和肌肉组织最为活跃。脂肪酸氧化过程可大致分为四个阶段：脂肪酸的活化、脂酰CoA进入线粒体、β－氧化过程及乙酰CoA的彻底氧化。
1．脂肪酸的活化 脂肪酸的活化在细胞质中进行。脂肪酸的活化是指脂肪酸转变为脂酰CoA的过程。在ATP、HSCoA和Mg2＋存在的条件下，脂肪酸在脂酰CoA合成酶的催化下，活化形成脂酰CoA。
活化后生成的脂酰CoA分子中不仅含有高能硫酯键，且极性增强，提高了脂肪酸的代谢活性。该反应是脂肪酸分解过程中惟一耗能的反应。反应过程中生成的焦磷酸（PPi）立即被细胞内的焦磷酸酶水解，阻止了逆向反应的进行。因此1分子脂肪酸的活化，实际上消耗了两个高能磷酸键。
2．脂酰CoA进入线粒体 脂肪酸的活化在细胞质中进行，而催化脂酰CoAβ氧化的酶系分布在线粒体的基质内。长链脂酰CoA均不易透过线粒体内膜，需肉碱（carnitine）的转运才能进入线粒体基质。肉碱即L－β－羟－γ－三甲氨基丁酸。
线粒体外膜存在肉碱脂酰转移酶Ⅰ（carnitine acyl transferaseⅠ，CATⅠ），线粒体内膜内侧存在肉碱脂酰转移酶Ⅱ（CATⅡ）。CATⅠ催化内膜外侧的脂酰CoA与肉碱合成脂酰肉碱，然后脂酰肉碱在位于线粒体内膜的转位酶作用下，通过内膜进入线粒体基质。进入线粒体内的脂酰肉碱，在CATⅡ的作用下，转变为脂酰CoA并释放肉碱，然后肉碱在转位酶的作用下通过线粒体内膜又回到膜间隙。此过程促进脂酰肉碱进入线粒体基质和基质内的等分子肉碱从内膜移出，转位酶则起着在线粒体内膜转运肉碱及脂酰肉碱的载体作用（图5－2）。
图5－2 脂酰CoA进入线粒体的机制
脂酰CoA进入线粒体是脂肪酸β－氧化的主要限速步骤，CATⅠ是脂肪酸β－氧化的限速酶。该酶的活性直接调控脂肪酸的转运速度，决定脂肪酸是否进入线粒体氧化分解。在某些生理或病理情况下，如饥饿、高脂低糖膳食及糖尿病等时，机体不能利用糖，此时，CATⅠ活性增高，脂肪酸β－氧化增强。相反，饱食后，丙二酰CoA及脂肪合成增多，抑制CATⅠ，脂肪酸β－氧化被抑制。
3．脂酰CoA的β－氧化 脂酰CoA进入线粒体基质后，在脂肪酸β－氧化多酶复合体的催化下，从脂酰基的β－碳原子开始，进行脱氢、加水、再脱氢和硫解四步连续反应，脂酰基断裂生成1分子乙酰CoA和1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA。
脂酰CoA的β－氧化过程如下。
（1）脱氢：脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，α和β碳原子上各脱去一个氢原子，生成反Δ2－烯脂酰CoA，脱下的2H由该酶的辅基FAD接受，还原为FADH2。
（2）加水：反Δ2－烯脂酰CoA在Δ2烯酰CoA水化酶的催化下，加1分子H2O，生成L－β－羟脂酰CoA。
（3）再脱氢：L－β－羟脂酰CoA在L－β－羟脂酰CoA脱氢酶的催化下，脱去2H生成β－酮脂酰CoA，脱下的2H由该酶的辅酶NAD＋接受，还原为NADH＋H＋。
（4）硫解：β－酮脂酰CoA在β－酮脂酰CoA硫解酶的催化下，加1分子HSCoA，使α与β碳原子之间的化学键断裂，生成1分子乙酰CoA和1分子比原来少2个碳原子的脂酰CoA。
如此反复进行，比原来少2个碳原子的脂酰CoA，又可再次进行脱氢、加水、再脱氢和硫解反应，直到脂酰CoA全部生成乙酰CoA（图5－3）。
脂肪酸β－氧化过程中生成的乙酰CoA，一部分通过三羧酸循环彻底氧化成CO2和H2O，并释放出能量；一部分在肝细胞线粒体缩合成酮体，通过血液循环运送至肝外组织氧化利用。
4．脂肪酸氧化的能量生成 脂肪酸作为重要能源物质可氧化供能。以1分子软脂酸为例，其β－氧化的总反应式如下：
图5－3 脂肪酸的β－氧化
每分子乙酰CoA通过三羧酸循环彻底氧化产生12分子ATP，每分子NADH＋H＋通过呼吸链氧化产生3分子ATP，每分子FADH2氧化产生2分子ATP。因此，1分子软脂酸彻底氧化共生成（8×12）＋（7×3）＋（7×2）＝131分子ATP，减去脂肪酸活化时消耗的两个高能磷酸键，相当于2个ATP，净生成129分子ATP。在生理条件下，1molATP水解为ADP和Pi时，释放的能量为51．6kJ，那么129molATP水解释放的能量为51．6kJ×129＝6 656kJ。1mol软脂酸在体外彻底氧化成CO2和H2O时的自由能为9 791kJ，因此其能量利用率为68%（6 656÷9 791×100%＝68%），其余以热能形式丧失。
（三）脂肪酸的其他氧化方式
1．不饱和脂肪酸的氧化 体内的脂肪酸大约一半以上是不饱和脂肪酸，其氧化过程与饱和脂肪酸的氧化过程基本相同，也主要是进行β－氧化。不同的是不饱和脂肪酸的双键均为顺式结构，而饱和脂肪酸β－氧化时生成的双键均为反式结构，因此，当不饱和脂肪酸在β－氧化中出现Δ3顺式结构时，因催化酶的立体异构特异性不能继续进行下去，需要Δ3顺→Δ2反烯酰CoA异构酶参加，使Δ3顺式结构变为Δ2反式结构，再继续β－氧化。此外，不饱和脂肪酸完全氧化生成CO2和H2O时产生的ATP少于相同碳原子数的饱和脂肪酸。
2．奇数碳原子脂肪酸的氧化 体内含极少量的奇数碳原子的脂肪酸，经脂肪酸β－氧化后除生成乙酰CoA外，还生成1分子丙酰CoA，丙酰CoA经β－羧化酶和异构酶的作用可转变为琥珀酰CoA，然后进入三羧酸循环彻底氧化。
（四）酮体的生成与利用
酮体（ketone bodies）是乙酰乙酸，β－羟丁酸和丙酮三种物质的总称。酮体是肝脏对脂肪酸分解氧化时所产生的特有的中间代谢产物。在心肌和骨骼肌等组织中脂肪酸经β－氧化生成的乙酰CoA能够彻底氧化成CO2和H2O，但在肝细胞中β－氧化生成的乙酰CoA则大部分缩合生成酮体。
1．酮体的生成 酮体在肝细胞的线粒体内合成。合成原料为脂肪酸β－氧化产生的乙酰CoA。肝细胞线粒体内含有各种合成酮体的酶类，特别是HMGCoA合酶。酮体合成过程如下：
（1）2分子乙酰CoA在乙酰乙酰CoA硫解酶的催化下，缩合生成乙酰乙酰CoA，并释放1分子HSCoA。
（2）乙酰乙酰CoA在β－羟－β－甲基戊二酸单酰CoA（β－hydroxy－β－methyl glutaryl CoA，HMGCoA）合酶的催化下，再与1分子乙酰CoA缩合生成HMGCoA，并释放1分子HSCoA。
（3）HMGCoA在HMGCoA裂解酶的催化下，裂解生成乙酰乙酸和乙酰CoA。乙酰乙酸在β－羟丁酸脱氢酶的催化下还原生成β－羟丁酸，反应所需的氢由NADH＋H＋提供，还原的速度取决于线粒体内NADH／NAD＋的比值；一部分乙酰乙酸由乙酰乙酸脱羧酶催化脱羧或自发脱羧生成丙酮（图5－4）。
生成酮体是肝脏特有的功能，但由于肝细胞内缺乏氧化利用酮体的酶，因此，肝内生成的酮体必须通过细胞膜进入血液循环，运往肝外组织被利用。
2．酮体的利用 肝外组织，特别是骨骼肌、心肌、脑和肾脏中有活性很强的利用酮体的酶，如琥珀酰CoA转硫酶、乙酰乙酸硫激酶及硫解酶。酮体的利用，首先要进行活化，其活化过程由琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶催化完成。乙酰乙酸在琥珀酰CoA转硫酶或乙酰乙酸硫激酶的催化下，转变为乙酰乙酰CoA，乙酰乙酰CoA在硫解酶的催化下分解成2分子乙酰CoA，后者进入三羧酸循环被彻底氧化。β－羟丁酸可在β－羟丁酸脱氢酶催化下氧化生成乙酰乙酸，然后沿上述途径氧化。丙酮除随尿排出外，有一部分直接从肺呼出，由于量微在代谢上不占重要地位（图5－5）。
酮体从肝脏到肝外组织的净流动是由于肝内有一个生酮的酶促机制和酮体不能在肝内利用相偶联的结果。肝外组织则正好相反，不能生成酮体，却可以利用酮体，这是因为肝外组织含有分解利用酮体的酶系（图5－6）。
3．酮体生成的生理意义 酮体是肝内氧化脂肪酸的一种正常的中间产物，是肝输出脂类能源的一种形式。酮体分子小，易溶于水，能够通过血脑屏障及肌肉的毛细血管壁，是心肌、脑和骨骼肌等组织的重要能源。长期饥饿或糖供给不足的情况下，酮体可以替代葡萄糖成为脑及肌肉组织的主要能源。
图5－4 酮体的生成
图5－5 酮体的利用
图5－6 酮体的生成、运输和利用（实线表示主要途径）
正常人血中酮体含量很少，仅0．03～0．5mmol／L，其中以β－羟丁酸为最多，约占酮体总量的70%，乙酰乙酸占30%，而丙酮的量极微。但是在饥饿、低糖高脂膳食及糖尿病时，糖的利用不足，脂肪动员增强。脂肪酸β－氧化增加，肝中酮体生成过多，当肝内酮体的生成量超过肝外组织的利用能力时，可使血中酮体升高，称酮血症，如果尿中出现酮体称酮尿症。由于β－羟丁酸、乙酰乙酸是酸性物质，血中浓度过高，可导致血液pH下降，引起酮症酸中毒。丙酮因具有挥发性，当在体内含量过高时，随肺的呼吸排出体外，会嗅到丙酮味（似烂苹果味）。
（五）甘油的代谢
脂肪动员产生的另一产物甘油，由于分子量小、极性大，直接扩散入血，随血液循环运往肝、肾等组织被摄取利用。甘油主要在细胞内经甘油激酶的催化，与ATP作用生成α－磷酸甘油。α－磷酸甘油在α－磷酸甘油脱氢酶催化下转变为磷酸二羟丙酮，磷酸二羟丙酮是糖酵解途径的中间产物，可循糖分解代谢途径继续氧化分解，释放能量，在肝细胞中也可经糖异生途径转变为糖原或葡萄糖。因此，甘油是糖异生的原料之一。脂肪细胞和骨骼肌缺乏甘油激酶，故不能利用游离甘油。
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