饱和脂肪酸（棕榈酸）的β-氧化

在β-氧化过程中，脂肪酸分子通过多个步骤被分解以释放能量。具体来说，当长链脂肪酸被转化为酰基辅酶A（acyl-CoA）链后，这些链会进一步被分解成更短的链。随后发生的柠檬酸循环（Citric Acid Cycle）或克雷布斯循环（Krebs Cycle）会产生ATP作为副产物，同时释放出乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）、FADH2和NADH。在β-氧化过程中，当形成两个乙酰辅酶A分子后，该酰基链会被完全分解。原核生物的细胞在细胞质中进行β-氧化，而真核生物的细胞则在线粒体内进行这一过程。需要注意的是，脂肪酸必须首先穿过细胞膜，与辅酶A（CoA）结合形成脂肪酰基辅酶A（fatty acyl-CoA），才能进入线粒体进行β-氧化。

β-氧化过程发生在原核细胞和真核细胞的线粒体中。脂肪的分解过程发生在脂肪进入细胞后，并在真核细胞的线粒体内进行。当脂肪酸链过长而无法被线粒体运输时，过氧化物酶体中的β-脂肪酸氧化也会发生。首先，脂肪酸通过脂肪酸转运蛋白穿过细胞膜进入细胞质，因为带负电荷的脂肪酸链无法直接穿过细胞膜。随后，脂肪酸通过脂肪酸酰基辅酶A合成酶（FACS）的作用，在脂肪酸链上添加一个辅酶A（CoA）基团，形成酰基辅酶A（acyl-CoA）。

根据酰基辅酶A（acyl-CoA）链的长度，它有两种进入线粒体的方式：

只要酰基辅酶A（acyl-CoA）链足够短，它就可以自由地穿过线粒体膜。
肉碱穿梭系统是必需的，用于将长链酰基辅酶A（acyl-CoA）转运穿过细胞膜。当CPT1与线粒体外膜结合后，酰基肉碱转运酶（acyl-carnitine translocase, CAT）会将酰基肉碱转运到线粒体内部。随后，CPT2在线粒体内膜将酰基肉碱重新转化为酰基辅酶A。此时，酰基辅酶A已经位于线粒体内，因此不会再进行β-氧化反应。

如果线粒体无法处理过长的脂肪酸链，过氧化物酶体可以通过β-氧化来分解这些链。在进入β-氧化循环之前，大量的酰基辅酶A（acyl-CoA）链会被分解，以便被运输到线粒体中。在过氧化物酶体中，β-氧化产生的物质是H2O2，而不是FADH2和NADH，这一过程会释放热量。

β-氧化的步骤

β-氧化过程包含四个步骤：脱氢、氧化、水合和硫醇解。每个步骤都由不同的酶催化。

简而言之，这个过程每个循环会使一个乙酰辅酶A（acetyl-CoA）链缩短两个碳原子，同时产生一个FADH2和一个NADH分子，以及一个水分子。每个循环总共可以生成17个ATP分子（具体分解过程见下文）。虽然每次完成两个循环会形成两个酰基辅酶A（acyl-CoA）分子，但实际上最终形成的乙酰辅酶A分子数量是两个。

脱氢

在酰基辅酶A（acyl-CoA）氧化的第一步中，酶酰基辅酶A脱氢酶（acyl-CoA dehydrogenase）对其进行氧化。在β-氧化循环中，当酰基辅酶A链的第二个和第三个碳原子形成第二个和第三个双键时，会生成反式-Δ2烯酰辅酶A（trans-Δ2enoyl-CoA）。在柠檬酸循环中，由于FAD的参与，FADH2的生成会释放出ATP能量。

水合作用；保湿

这一步骤会导致一个羟基（OH）取代反式-Δ2-烯酰辅酶A（Trans-Δ2-enoyl-CoA）中C2位置的双键，从而将其转化为L-β-羟基酰基辅酶A（L-β-hydroxyacyl CoA）。这一反应是由另一种名为烯酰辅酶A水合酶（enoyl CoA hydratase）的酶催化的。该过程需要水的参与。

氧化

3-羟基酰基辅酶A脱氢酶（3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase）在NAD+和3-羟基酰基辅酶A（3-hydroxyacyl-CoA）的作用下，催化L-β-羟基酰基辅酶A（L-β-hydroxyacyl CoA）的C2羟基发生氧化反应。最终生成β-酮酰基辅酶A（β-ketoacyl CoA）以及NADH + H。这些产物进入柠檬酸循环后，NADH会生成ATP，ATP被用于提供能量。

硫醇解

最后，另一种分子的辅酶A（CoA）在第四步中会切割β-酮酰辅酶A（β-ketoacyl CoA）。负责这一反应的酶是β-酮硫醇酶（β-ketothiolase）。在这个过程中，C2和C3会被切割开来，生成两条酰基辅酶A链：一条是最初进入β-氧化循环的酰基辅酶A链，另一条则是较短的酰基辅酶A链。

β氧化的完成

当偶数个酰基辅酶A（acyl-CoA）链经过β-氧化作用生成两个乙酰辅酶A（acetyl-CoA）分子时，会有一条四碳链被分解。柠檬酸循环（citric acid cycle）会生成这些乙酰辅酶A分子。奇数个酰基辅酶A链的β-氧化过程基本相同，唯一的区别在于最后一步：一条五碳链会被分解成丙酰辅酶A（propionyl-CoA）和乙酰辅酶A。丙酰辅酶A进一步转化为琥珀酰辅酶A（succinyl-CoA）后，会进入柠檬酸循环以产生三磷酸腺苷（ATP）。

成品与能源利用率

在β氧化过程中，我们产生1分子FADH2、1分子NADH以及1分子乙酰辅酶A（acetyl-CoA），这些产物的能量相当于大约17分子的ATP。

1 FADH₂ (× 2 ATP) = 2 ATP
1 个乙酰辅酶A（acetyl-CoA）+ 12 个三磷酸腺苷（ATP）= 12 个三磷酸腺苷（ATP）
1 NADH + 3 ATP = 3 ATP
2 + 3 + 12 = 17；总计为17个ATP。

虽然理论上的ATP产量高于实际产量，但仍然高于实际产量。在每个β-氧化循环中，大约会产生12到16个ATP分子。在每个循环中，脂肪酰辅酶A（fatty acyl-CoA）链会增加两个碳原子，并同时产生能量。此外，β-氧化过程还会产生大量的水；对于像骆驼这样的真核生物来说，获取饮用水非常困难，因此这些水具有很大的价值。