脂肪酸代謝由涉及脂肪酸或與脂肪酸密切相關的各種代謝過程組成，脂肪酸是屬于脂質常量營養素類別的分子家族。這些過程主要可分為(1)產生能量的分解代謝過程和(2)合成代謝過程，它們作為其他化合物的構建塊。

在分解代謝中，脂肪酸被代謝以產生能量，主要以三磷酸腺苷(ATP)的形式存在。與其他常量營養素類別（碳水化合物和蛋白質）相比，當脂肪酸通過β氧化和檸檬酸循環完全氧化為CO2和水時，以每克能量為基礎產生最多的ATP。因此，脂肪酸（主要以甘油三酯的形式）是大多數動物最重要的燃料儲存形式，在植物中的程度較低。

在合成代謝中，完整的脂肪酸是甘油三酯、磷脂、第二信使、激素和酮體的重要前體。例如，磷脂形成磷脂雙層，細胞的所有膜均由脂肪酸構成。磷脂包括質膜和其他包裹細胞內所有細胞器的膜，例如細胞核、線粒體、內質網和高爾基體。在另一種類型的合成代謝中，脂肪酸被修飾以形成無數其他化合物。例如，一些第二信使和局部激素。由儲存在細胞膜中的花生四烯酸制成的前列腺素可能是這些局部激素中最著名的一組。

血液中高腎上腺素和低胰島素水平誘導的脂解過程（在脂肪細胞中）的示意圖。腎上腺素與脂肪細胞細胞膜中的β-腎上腺素能受體結合，導致細胞內產生cAMP。cAMP激活蛋白激酶，該蛋白激酶磷酸化，從而激活脂肪細胞中的激素敏感性脂肪酶。這種脂肪酶將游離脂肪酸從它們與儲存在脂肪細胞脂肪滴中的脂肪中的甘油的連接中分離出來。然后游離脂肪酸和甘油被釋放到血液中。然而，最近的研究表明，脂肪甘油三酯脂肪酶必須首先將甘油三酯轉化為甘油二酯，激素敏感性脂肪酶將甘油二酯轉化為甘油單酯和游離脂肪酸。甘油單酯被甘油單酯脂肪酶水解。激素敏感性脂肪酶的活性受循環激素胰島素、胰高血糖素、去甲腎上腺素和腎上腺素的調節，如圖所示。的輸送的示意圖游離脂肪酸在附著于血液血漿白蛋白，其跨細胞膜使用蛋白轉運擴散，并且其活化，使用ATP，以形成酰基-CoA在胞質溶膠中。出于圖解目的，插圖是12碳脂肪酸。人體血漿中的大多數脂肪酸長度為16或18個碳原子。肉堿-酰基-CoA轉移酶(CAT)將酰基-CoA分子轉移到線粒體內膜的示意圖。出于圖示目的，所示的酰基鏈只有12個碳原子長。人體血漿中的大多數脂肪酸長度為16或18個碳原子。細胞質中高濃度的丙二酰輔酶A（脂肪酸合成的xxx步）會抑制CAT。這意味著脂肪酸合成和脂肪酸分解代謝不能在任何給定細胞中同時發生。線粒體基質中酰基輔酶A分子的β氧化過程的示意圖。在這個過程中，形成了一個比過程開始時短2個碳原子的酰基輔酶A分子。乙酰輔酶A、水和5個ATP分子是每個β-氧化事件的其他產物，直到整個酰基輔酶A分子被還原為一組乙酰輔酶A分子。

脂肪酸以甘油三酯的形式儲存在脂肪組織的脂肪庫中。在兩餐之間，它們的釋放方式如下：

• 脂肪分解，去除從它們在它們的存儲形式結合作為甘油三酯（或脂肪）的甘油的脂肪酸鏈，通過進行脂肪酶。這些脂肪酶被血液中高水平的腎上腺素和胰高血糖素（或由交感神經在脂肪組織中分泌的去甲腎上腺素）激活，由餐后血糖水平下降引起，同時降低血液中的胰島素水平。
• 一旦從甘油中釋放出來，游離脂肪酸就會進入血液，血液中的脂肪酸會附著在血漿白蛋白上，輸送到全身各處。
• 長鏈游離脂肪酸進入細胞代謝（即最活細胞在體內除了紅血細胞和神經元在中樞神經系統）通過特定的轉運蛋白，如SLC27家族脂肪酸轉運蛋白。紅細胞不含線粒體，因此不能代謝脂肪酸；盡管含有線粒體，但中樞神經系統的組織不能使用脂肪酸，因為長鏈脂肪酸（與中鏈脂肪酸相反）不能穿過血腦屏障進入沐浴這些細胞的間質液中。
• 一旦進入細胞內，長鏈脂肪酸-CoA連接酶會催化脂肪酸分子與ATP（分解為AMP和無機焦磷酸鹽）之間的反應，生成脂肪酰基腺苷酸，然后與游離輔酶A反應得到脂肪酰基輔酶A分子。
• 為了使酰基輔酶A進入線粒體，使用肉堿穿梭：

1. 酰基輔酶A轉移到肉堿的羥基通過肉堿棕櫚我，位于的胞質面外和內線粒體膜。
2. 酰基肉堿通過肉堿酰基肉堿移位酶在內部穿梭，就像肉堿穿梭在外面一樣。
3. 酰基肉堿被轉換回酰基輔酶A通過肉堿棕櫚II，位于內部面內線粒體膜。釋放的肉堿穿梭回胞質溶膠，因為酰基輔酶A穿梭到線粒體基質中。

• β氧化，在線粒體基質中，然后將脂肪酸的長碳鏈（以酰基輔酶A分子的形式）切割成一系列雙碳（醋酸鹽）單元，這些單元與輔酶A結合形成乙酰輔酶A分子，在檸檬酸循環的“開始”與草酰乙酸縮合形成檸檬酸鹽。可以方便地將此反應視為循環的“起點”，因為此時燃料-乙酰輔酶A-被添加到循環中，將作為CO2和H2消散在循環的每一輪過程中，釋放大量以ATP形式捕獲的能量。

簡而言之，β氧化（游離脂肪酸最初分解為乙酰輔酶A）的步驟如下：

1. 通過酰基輔酶A脫氫酶脫氫，產生1FADH2
2. 水合通過烯酰輔酶A水
3. 脫氫由3-羥酰輔酶A脫氫酶，得到1NADH+H+
4. 被硫解酶切割，產生1個乙酰輔酶A和一個現在已經縮短了2個碳的脂肪酸（形成一個新的、縮短的酰基輔酶A）

重復這種β氧化反應，直到脂肪酸完全還原為乙酰輔酶A，或者在具有奇數個碳原子的脂肪酸的情況下，乙酰輔酶A和每分子脂肪酸1分子丙酰輔酶A。酰基輔酶A分子的每個β氧化切割產生5個ATP分子。

• β氧化產生的乙酰輔酶A通過與草酰乙酸結合形成檸檬酸進入線粒體中的檸檬酸循環。這導致乙酰輔酶A完全燃燒成CO2和水。在這個過程中釋放的能量以每氧化一個乙酰輔酶A分子1個GTP和11個ATP分子的形式被捕獲。這是乙酰輔酶A在脂肪酸β氧化發生的任何地方的命運，肝臟中的某些情況除外。

在禁食、饑餓、低碳水化合物飲食、長時間劇烈運動和不受控制的1型糖尿病期間，肝臟中的草酰乙酸可以全部或部分轉移到糖異生途徑中。在這些情況下，草酰乙酸被氫化成蘋果酸，然后從肝細胞的線粒體中去除，在肝細胞的細胞質中轉化為葡萄糖，從那里它被釋放到血液中。因此，當低（或缺乏）胰島素和高胰高血糖素刺激顯著糖異生時，在肝臟中，草酰乙酸不能與乙酰輔酶A縮合血液中的濃度。在這些情況下，乙酰輔酶A轉向形成乙酰乙酸鹽和β-羥基丁酸鹽。乙酰乙酸鹽、β-羥基丁酸鹽及其自發分解產物丙酮經常被稱為酮體，但容易混淆（因為它們根本不是“物體”，而是水溶性化學物質）。酮體由肝臟釋放到血液中。所有帶有線粒體的細胞都可以從血液中吸收酮并將它們重新轉化為乙酰輔酶A，然后可以將其用作檸檬酸循環中的燃料，因為沒有其他組織可以將其草酰乙酸以這種方式轉移到糖異生途徑中發生在肝臟。與游離脂肪酸不同，酮可以穿過血腦屏障，因此可作為中樞神經系統細胞的燃料，作為葡萄糖的替代品，這些細胞通常靠葡萄糖生存。在饑餓、低碳水化合物飲食、長時間劇烈運動和不受控制的1型糖尿病期間，血液中出現高水平的酮被稱為酮癥，在其極端形式中，在失控的1型糖尿病中，如酮癥酸中毒。

脂肪酶作用釋放的甘油被肝臟（xxx可以發生這種反應的組織）中的甘油激酶磷酸化，生成的3-磷酸??甘油被氧化成磷酸二羥丙酮。糖酵解酶磷酸丙糖異構酶將該化合物轉化為3-磷酸??甘油醛，后者通過糖酵解被氧化，或通過糖異生轉化為葡萄糖。

脂肪酸以甘油三酯的形式儲存在生物體中，是一種重要的能量來源，因為它們既是還原的又是無水的。一克脂肪酸的能量產量約為9kcal(37kJ)，而碳水化合物則為4kcal(17kJ)。由于脂肪酸的烴部分是疏水的，這些分子可以儲存在相對無水（無水）的環境中。另一方面，碳水化合物的水分含量更高。例如，1克糖原可以結合大約2克水，轉換為1.33kcal/g(4kcal/3g)。這意味著脂肪酸每單位存儲質量可以容納六倍以上的能量。換句話說，如果人體依靠碳水化合物來儲存能量，那么一個人需要攜帶31公斤（67.5磅）的水合糖原才能獲得相當于4.6公斤（10磅）脂肪的能量。

冬眠動物為利用脂肪儲備作為燃料提供了一個很好的例子。例如，熊冬眠約7個月，在這整個期間，能量來自脂肪儲存的降解。候鳥在開始洲際旅行之前同樣會積累大量的脂肪儲備。

因此，年輕成人的脂肪儲存量平均在10-20公斤之間，但因年齡、性別和個人性格而有很大差異。相比之下，人體僅儲存約400克糖原，其中300克被鎖定在骨骼肌內，不能被整個身體利用。儲存在肝臟中的100克左右的糖原會在饑餓一天內耗盡。此后，由肝臟釋放到血液中供身體組織普遍使用的葡萄糖必須由生糖氨基酸和其他一些不包括脂肪酸的糖異生底物合成。但是請注意，脂肪分解會釋放甘油，甘油可以進入糖異生途徑。

脂肪酸通過線粒體內的β氧化分解為乙酰輔酶A，而脂肪酸由線粒體外的乙酰輔酶A在細胞質中合成。這兩種途徑是不同的，不僅在它們發生的位置上，而且在發生的反應和使用的底物上也是不同的。兩條途徑相互抑制，阻止β-氧化產生的乙酰輔酶A通過乙酰輔酶A羧化酶反應進入合成途徑。它也不能轉化為丙酮酸，因為丙酮酸脫氫酶復合反應是不可逆的。相反，脂肪酸β-氧化產生的乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合，進入檸檬酸循環。在循環的每一輪中，在異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶催化的脫羧反應中，兩個碳原子以CO2的形式離開循環。因此，檸檬酸循環的每一輪都會氧化乙酰輔酶A單元，同時再生最初與乙酰輔酶A結合形成檸檬酸的草酰乙酸分子。脫羧反應發生在循環中形成蘋果酸之前。只有植物擁有將乙酰輔酶A轉化為草酰乙酸的酶，草酰乙酸可以從中形成蘋果酸，最終轉化為葡萄糖。

然而，乙酰輔酶A可以轉化為乙酰乙酸，乙酰乙酸可以脫羧為丙酮（自發或通過乙酰乙酸脫羧酶）。然后它可以進一步代謝為異丙醇，后者在呼吸/尿液中排泄，或通過CYP2E1代謝為羥基丙酮（丙酮醇）。丙酮醇可以轉化為丙二醇。這會轉化為甲酸和乙酸（后者轉化為葡萄糖），或丙酮酸（通過兩種替代酶），或丙醛，或先轉化為L-乳醛，然后轉化為L-乳酸鹽（常見的乳酸異構體）。另一種途徑將丙酮醇轉化為甲基乙二醛，然后轉化為丙酮酸，或轉化為D-乳醛（通過SD-乳酰-谷胱甘肽或其他方式），然后轉化為D-乳酸酯。D-乳酸代謝（轉化為葡萄糖）在人體中緩慢或受損，因此大部分D-乳酸通過尿液排出；因此，源自丙酮的D-乳酸可顯著導致與酮癥或異丙醇中毒相關的代謝性酸中毒。升-乳酸可以完成脂肪酸向葡萄糖的凈轉化。1951年進行了xxx個顯示丙酮轉化為葡萄糖的實驗。這和進一步的實驗使用碳同位素標記。高達11%的葡萄糖可以在人類饑餓期間從丙酮中提取。

脂肪組織中甘油三酯在脂解過程中釋放到血液中的甘油只能被肝臟吸收。在這里，它通過甘油激酶的作用轉化為甘油3-磷酸，甘油激酶水解每被磷酸化的甘油分子一分子ATP。然后將3-磷酸甘油氧化為磷酸二羥基丙酮，后者又通過磷酸丙糖異構酶轉化為3-磷酸??甘油醛。從這里開始，原始甘油的三個碳原子可以通過糖酵解被氧化，或通過糖異生轉化為葡萄糖。

脂肪酸是構成大部分的磷脂的組成部分質膜，或細胞膜，細胞。這些磷脂可以通過細胞膜結合酶磷脂酶C(PLC)水解磷脂、磷脂酰肌醇4,5-二磷酸酯(PIP2)裂解為二酰基甘油(DAG)和三磷酸肌醇(IP3)。

脂肪酸代謝的一種產物是前列腺素，這種化合物在動物體內具有多種激素樣作用。在人類和其他動物的幾乎所有組織中都發現了前列腺素。它們通過酶促衍生自花生四烯酸，一種20碳多不飽和脂肪酸。因此，每個前列腺素含有20個碳原子，包括一個5碳環。它們是類二十烷酸的一個亞類，形成脂肪酸衍生物的前列腺素類。

前列腺素是通過從構成細胞膜的磷脂上裂解花生四烯酸而在細胞膜中合成的。這由直接作用于膜磷脂的磷脂酶A2或作用于DAG（二酰基甘油）的脂肪酶催化。然后花生四烯酸被前列腺素合酶的環氧合酶成分作用。這在脂肪酸鏈的大致中間形成環戊烷環。該反應還添加了源自兩個O2分子的4個氧原子。產生的分子是前列腺素G2，它被酶復合物的氫過氧化物酶成分轉化為前列腺素H2.這種高度不穩定的化合物會迅速轉化為其他前列腺素、前列環素和血栓素。然后這些物質被釋放到制造類二十烷酸激素的細胞周圍的間質液中。

如果花生四烯酸被脂加氧酶而不是環加氧酶作用，則形成羥基二十碳四烯酸和白三烯。它們還充當局部激素。

前列腺素有兩種衍生物：前列環素和血栓素。前列環素是強大的局部血管擴張劑，可抑制血小板聚集。通過它們在血管舒張中的作用，前列環素也參與炎癥。它們在血管壁中合成，具有防止不必要的凝塊形成以及調節平滑肌組織收縮的生理功能。相反，血栓素（由血小板細胞產生）是血管收縮劑，促進血小板聚集。它們的名字來自它們在凝塊形成（血栓形成）中的作用）。

膳食脂肪在十二指腸中被肥皂以膽汁鹽和磷脂（如磷脂酰膽堿）的形式乳化。這樣形成的脂肪滴可以被胰脂肪酶攻擊。膽汁酸（膽酸）的結構，以標準形式、半真實3D形式和圖解3D形式表示在膽汁酸（例如膽酸）和脂肪、脂溶性維生素和膽固醇的消化產物存在下在十二指腸中形成的混合膠束的示意圖。

人體中很大一部分脂肪酸以動物或植物來源的甘油三酯的形式從飲食中獲得。從陸地動物獲得的脂肪中的脂肪酸往往是飽和的，而魚類和植物的甘油三酯中的脂肪酸通常是多不飽和的，因此以油的形式存在。

這些甘油三酯，不能被腸道吸收。它們被胰脂肪酶分解成甘油單酯和甘油二酯以及游離脂肪酸（但不含游離甘油），胰脂肪酶與稱為輔脂肪酶的蛋白質（也是胰液的成分）形成1:1的復合物，是其活動所必需的。活化的復合物只能在水-脂肪界面起作用。因此，對于這些酶的最佳活性，必須首先通過膽汁鹽乳化脂肪。由甘油三酯、甘油二酯和甘油單酯以及游離脂肪酸的混合物組成的消化產物，與飲食中的其他脂溶性成分（例如脂溶性維生素和膽固醇）和膽汁鹽一起形成混合膠束，在水樣十二指腸內容物（見右圖）。

這些膠束的內容物（但不是膽汁鹽）進入腸上皮細胞（小腸內壁的上皮細胞），在那里它們被重新合成為甘油三酯，并包裝成乳糜微粒，然后釋放到乳糜管（腸道淋巴系統的毛細血管）中）。這些乳汁排入胸導管它在頸部左下方的左頸靜脈和左鎖骨下靜脈交界處排入靜脈血。這意味著消化的脂溶性產物直接排入全身循環，而不像所有其他消化產物那樣首先通過肝臟。這種特殊性的原因是未知的。

乳糜微粒在全身循環，使血漿在高脂肪餐后呈乳白色或奶油狀。脂蛋白脂酶的上內皮表面毛細管的，特別是在脂肪組織，但在較小程度上也在其它組織中，部分消化乳糜微粒成游離脂肪酸，甘油和乳糜微粒殘余物。脂肪酸被脂肪細胞吸收，但甘油和乳糜微粒會殘留。留在血漿中，最終被肝臟從循環中清除。乳糜微粒消化釋放的游離脂肪酸被脂肪細胞吸收，在那里它們使用從糖酵解途徑中的葡萄糖衍生的甘油重新合成為甘油三酯。這些甘油三酯儲存在脂肪細胞的脂肪滴中，直到需要其他組織的燃料需求為止。

在肝臟吸收來自血液中葡萄糖的比例門靜脈從腸道的到來。在肝臟補充了它的糖原儲備（滿時僅約100克糖原）后，大部分剩余的葡萄糖將轉化為脂肪酸，如下所述。這些脂肪酸與甘油結合形成甘油三酯，它們被包裝成與乳糜微粒非常相似的液滴，但被稱為極低密度脂蛋白(VLDL)。這些VLDL液滴的處理方式與乳糜微粒完全相同，只是VLDL殘留物被稱為中密度脂蛋白(IDL)，能夠清除血液中的膽固醇。這會將IDL轉化為低密度脂蛋白(LDL)，后者被需要膽固醇納入其細胞膜或用于合成目的（例如類固醇激素的形成）的細胞吸收。其余的低密度脂蛋白被肝臟清除。

脂肪組織和哺乳期乳腺也會從血液中吸收葡萄糖以轉化為甘油三酯。這與在肝臟中的發生方式相同，不同之處在于這些組織不會將由此產生的甘油三酯以VLDL的形式釋放到血液中。當胰島素的血漿濃度低而胰高血糖素和/或腎上腺素的血漿濃度高時，脂肪組織細胞將甘油三酯儲存在它們的脂肪滴中，最終將它們作為游離脂肪酸和甘油再次釋放到血液中.乳腺在垂體前葉激素催乳素的影響下將脂肪（作為奶油脂肪滴）排放到乳汁中。

身體中的所有細胞都需要制造和維持它們的膜和細胞器的膜。他們是否完全依賴從血液中吸收的游離脂肪酸，或者能夠從血糖合成自己的脂肪酸，尚不清楚。中樞神經系統的細胞幾乎肯定有能力制造自己的脂肪酸，因為這些分子不能通過血腦屏障到達它們，而另一方面，體內沒有細胞可以制造所需的必需脂肪酸。必須從飲食中獲取并通過血液輸送到每個細胞的酸。

與β-氧化非常相似，直鏈脂肪酸的合成通過如下所示的六個重復反應進行，直到產生16個碳的棕櫚酸。

所提供的圖表顯示了脂肪酸是如何在微生物中合成的，并列出了在大腸桿菌中發現的酶。這些反應是由脂肪酸合成酶II(FASII)進行的，它通常包含多種酶作為一種復合物。FASII存在于原核生物、植物、真菌和寄生蟲以及線粒體中。

在動物以及酵母等一些真菌中，這些相同的反應也會發生在脂肪酸合酶I(FASI)上，FASI是一種大的二聚體蛋白質，具有生成脂肪酸所需的所有酶活性。FASI的效率低于FASII；然而，它允許通過早期鏈終止形成更多分子，包括“中鏈”脂肪酸。酶、酰基轉移酶和轉酰基酶通過在酰基受體和供體之間轉移脂肪酸將脂肪酸結合到磷脂、三酰基甘油等中。它們還負責合成生物活性脂質及其前體分子。

脂肪酸代謝障礙可以用例如高甘油三酯血癥（甘油三酯水平過高）或其他類型的高脂血癥來描述。這些可能是家族性的或獲得性的。

脂肪酸代謝紊亂的家族性類型通常被歸類為脂質代謝的先天性錯誤。這些疾病可被描述為脂肪酸氧化障礙或脂質儲存障礙，并且是由于酶缺陷影響身體氧化脂肪酸以在肌肉內產生能量的能力而導致的幾種先天性代謝錯誤中的任何一種，肝臟和其他細胞類型。

此外，癌細胞可以在脂肪酸合成和線粒體脂肪酸氧化(FAO)方面表現出不規則的脂肪酸代謝，這兩個方面涉及腫瘤發生和細胞生長的各個方面。