脂肪酸代謝

脂肪酸代謝は、脂質マクロ栄養素のカテゴリーに分類される分子ファミリーである脂肪酸に関係する、または脂肪酸と密接に関連するさまざまな代謝プロセスで構成されています。これらのプロセスは主に、（1）エネルギーを生成する異化プロセスと、（2）他の化合物の構成要素として機能する同化プロセスに分けられます。^[1]

異化作用では、脂肪酸は代謝されて主にアデノシン三リン酸（ATP）の形でエネルギーを生成します。他の主要栄養素（炭水化物とタンパク質）と比較すると、脂肪酸はベータ酸化とクエン酸回路によって_{二酸化炭素}と水に完全に酸化されたときに、グラムあたりのエネルギーで最大のATPを生成します。^{[2]脂肪酸（主に}トリグリセリドの形態）は、したがってほとんどの動物、そして程度は低いものの植物において最も重要な燃料貯蔵形態です。

同化作用において、脂肪酸はそのままの状態のまま、トリグリセリド、リン脂質、セカンドメッセンジャー、ホルモン、ケトン体の重要な前駆物質となる。例えば、リン脂質はリン脂質二重層を形成し、そこから脂肪酸から細胞膜がすべて作られる。リン脂質は、細胞膜や、核、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体など、細胞内のすべての器官を囲むその他の膜を構成する。別の種類の同化作用では、脂肪酸が改変されてセカンドメッセンジャーや局所ホルモンなどの他の化合物が形成される。細胞膜に蓄えられたアラキドン酸から作られるプロスタグランジンは、おそらくこれらの局所ホルモンの中で最もよく知られているものである。

脂肪酸は脂肪組織の脂肪貯蔵庫にトリグリセリドとして蓄えられます。食事と食事の間に、脂肪酸は次のように放出されます。

• 脂肪分解は、トリグリセリド（または脂肪）として貯蔵されているグリセロールから脂肪酸鎖を除去することであり、リパーゼによって行われます。これらのリパーゼは、食後の血糖値の低下によって引き起こされる血中エピネフリンとグルカゴン（または脂肪組織の交感神経から分泌されるノルエピネフリン）の高レベルによって活性化され、同時に血中のインスリンレベルも低下します。^[1]
• グリセロールから遊離した遊離脂肪酸は血液に入り、血漿アルブミンに付着して全身に運ばれます。^[4]
• 長鎖遊離脂肪酸は、 SLC27ファミリー脂肪酸輸送タンパク質などの特定の輸送タンパク質を介して代謝細胞（つまり、赤血球と中枢神経系のニューロンを除く体内のほとんどの生体細胞）に入ります。 ^{[5] [6]}赤血球にはミトコンドリアが含まれていないため、脂肪酸を代謝できません。中枢神経系の組織は、ミトコンドリアが含まれているにもかかわらず、脂肪酸を使用できません。これは、長鎖脂肪酸（中鎖脂肪酸とは対照的に^{[7] [8]}）が血液脳関門^{[9]を通過してこれらの細胞を覆う}間質液に入ることができないためです。
• 細胞内に入ると、長鎖脂肪酸-CoA リガーゼが脂肪酸分子とATP ( AMPと無機ピロリン酸に分解される) との反応を触媒して脂肪酸アシルアデニル酸を生成し、これが遊離補酵素 Aと反応して脂肪酸アシル CoA分子を生成します。
• アシルCoAがミトコンドリアに入るためにはカルニチンシャトルが使われる：^{[10] [11] [12]}

1. アシルCoAは、ミトコンドリアの外膜と内膜の細胞質面にあるカルニチンパルミトイルトランスフェラーゼIによってカルニチンのヒドロキシル基に転移されます。
2. カルニチンが外部に輸送されるのと同様に、アシルカルニチンはカルニチン-アシルカルニチントランスロカーゼによって内部に輸送されます。
3. アシルカルニチンは、ミトコンドリア内膜の内面にあるカルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ IIによってアシル CoA に戻されます。遊離したカルニチンは細胞質に戻され、アシル CoA はミトコンドリアマトリックスに運ばれます。

• ミトコンドリアマトリックスにおけるβ酸化は、脂肪酸（アシルCoA分子の形態）の長い炭素鎖を一連の2炭素（酢酸）単位に切断し、これが補酵素Aと結合してアセチルCoA分子を形成し、これがオキサロ酢酸と縮合してクエン酸を形成し、クエン酸回路の「始まり」となる。^[2]この反応は、サイクルの「開始点」を示すものと考えると便利である。なぜなら、このとき燃料であるアセチルCoAがサイクルに追加され、サイクルの各ターンとそれに続く酸化的リン酸化の過程で、ATPの形で捕捉された相当量のエネルギーが放出され、_CO2とH2O_として消散するからである。

簡単に言えば、ベータ酸化のステップは次のようになります。^[2]

1. アシルCoA脱水素酵素による脱水素反応により、1FADH ₂
2. エノイルCoAヒドラターゼによる水分補給
3. 3-ヒドロキシアシルCoAデヒドロゲナーゼによる脱水素反応により、1 NADH + H ^{+が生成する。}
4. チオラーゼによる切断により、1つのアセチルCoAと2つの炭素が短縮された脂肪酸（新しい短縮アシルCoAを形成）が生成される。

このβ酸化反応は、脂肪酸が完全にアセチルCoAに還元されるまで繰り返されます。または、炭素原子数が奇数の脂肪酸の場合は、脂肪酸1分子あたりアセチルCoAとプロピオニルCoA1分子になります。アシルCoA分子の各β酸化切断は、最終的に酸化的リン酸化で5つのATP分子を生成します。^{[13] [14]}

• β酸化によって生成されたアセチルCoAは、ミトコンドリア内のクエン酸回路に入り、オキサロ酢酸と結合してクエン酸を形成します。酸化的リン酸化と相まって、アセチルCoAは完全に燃焼してCO2と水になります_{。この過程で放出されるエネルギーは、酸化されたアセチルCoA分子1個あたり1個の}GTPと11個のATP分子の形で捕捉されます。 ^{[2] [10]これは、脂肪酸のβ酸化が起こる場所ではどこでもアセチルCoAがたどる運命ですが、}肝臓内の特定の状況下では例外です。

プロピオニルCoAはその後、ビオチン依存性プロピオニルCoAカルボキシラーゼ（PCC）とビタミンB12_依存性メチルマロニルCoAムターゼ（MCM）を経てスクシニルCoAに変換されます。 ^{[15] [16]}スクシニルCoAはまずリンゴ酸に変換され、次にピルビン酸に変換され、そこでマトリックスに輸送されてクエン酸回路に入ります。

肝臓では、オキサロ酢酸は、絶食、飢餓、低炭水化物食、長時間の激しい運動、および制御されていない1型糖尿病の際に、全部または部分的に糖新生経路に転用される可能性があります。これらの状況下では、オキサロ酢酸は水素化されてリンゴ酸になり、次に肝細胞のミトコンドリアから除去されて肝細胞の細胞質でグルコースに変換され、そこから血液中に放出されます。^{[10]したがって、肝臓では、血中の}インスリン濃度が低い（または存在しない）こととグルカゴン濃度が高いことによって顕著な糖新生が刺激されている場合、オキサロ酢酸はアセチルCoAとの縮合に利用できません。これらの状況下では、アセチルCoAはアセト酢酸とβ-ヒドロキシ酪酸の形成に転用されます。^[10]アセト酢酸、β-ヒドロキシ酪酸、およびそれらの自発的分解産物であるアセトンは、しばしば、しかし紛らわしいことに、ケトン体として知られています（これらは「体」ではなく、水溶性の化学物質であるため）。ケトンは肝臓から血液中に放出されます。ミトコンドリアを持つすべての細胞は、血液からケトンを取り込み、アセチルCoAに再変換することができます。その後、アセチルCoAはクエン酸回路の燃料として使用できます。これは、肝臓で発生するような方法でオキサロ酢酸を糖新生経路に転用できる組織が他にないためです。遊離脂肪酸とは異なり、ケトンは血液脳関門を通過できるため、中枢神経系の細胞の燃料として利用でき、これらの細胞が通常生存するグルコースの代替として機能します。^[10]飢餓、低炭水化物食、長時間の激しい運動、または制御不能な1型糖尿病中に血液中に高レベルのケトン体が発生することをケトーシスと呼び、制御不能な1型糖尿病の極端な形態ではケトアシドーシスと呼ばれます。

リパーゼの作用で遊離したグリセロールは肝臓（この反応が起こり得る唯一の組織）のグリセロールキナーゼによってリン酸化され、生じたグリセロール3-リン酸はジヒドロキシアセトンリン酸に酸化される。解糖酵素トリオースリン酸イソメラーゼは、この化合物をグリセルアルデヒド3-リン酸に変換し、解糖によって酸化されるか、糖新生によってグルコースに変換される。

脂肪酸は、生体内でトリグリセリドとして蓄えられており、酸素をほとんど含まず無水状態であるため、濃縮されたエネルギー源です。脂肪酸1グラムから得られるエネルギーは約 9 kcal (37 kJ) で、炭水化物の 4 kcal (17 kJ) よりはるかに高くなっています。脂肪酸の炭化水素部分は疎水性であるため、これらの分子は比較的無水(水を含まない) の環境で蓄えることができます。一方、炭水化物はより高度に水分を含んでいます。たとえば、1 グラムのグリコーゲンは約 2 グラムの水と結合し、これは 1.33 kcal/g (4 kcal/3 g) に相当します。これは、脂肪酸が貯蔵質量単位あたり 6 倍以上のエネルギーを保持できることを意味します。言い換えれば、人体がエネルギーを蓄えるために炭水化物に頼っている場合、人は4.6kg（10ポンド）の脂肪に相当するエネルギーを得るために、31kg（67.5ポンド）の水和グリコーゲンを運ぶ必要があることになります。^[10]

冬眠する動物は、脂肪の蓄えを燃料として利用する良い例です。例えば、クマは約7か月間冬眠しますが、この期間中、エネルギーは脂肪の蓄えの分解から得られます。渡り鳥も同様に、大陸間の旅に出発する前に大量の脂肪を蓄えます。^[17]

若い成人の脂肪貯蔵量は平均して約10～20kgですが、性別や個人の性質によって大きく異なります。^[18]対照的に、人体はグリコーゲンを約400gしか貯蔵しておらず、そのうち300gは骨格筋内に閉じ込められており、体全体では利用できません。肝臓に貯蔵されている約100gのグリコーゲンは、飢餓の1日以内に枯渇します。^{[10]その後、体組織による一般的な使用のために肝臓から血液中に放出されるグルコースは、}糖原性アミノ酸と脂肪酸を含まない他のいくつかの糖新生基質から合成されなければなりません。^[1]それにもかかわらず、脂肪分解によってグリセロールが放出され、糖新生の経路に入ることができます。

脂肪酸はミトコンドリア内のβ酸化によってアセチルCoAに分解されるのに対し、脂肪酸はミトコンドリア外の細胞質でアセチルCoAから合成される。この2つの経路は、発生する場所だけでなく、発生する反応や使用される基質も異なっている。この2つの経路は相互に阻害し、β酸化によって生成されたアセチルCoAがアセチルCoAカルボキシラーゼ反応を介して合成経路に入るのを防ぐ。^[1]また、ピルビン酸脱水素酵素複合体反応は不可逆的であるため、ピルビン酸に変換することもできない。^[10]代わりに、脂肪酸のβ酸化によって生成されたアセチルCoAはオキサロ酢酸と凝縮し、クエン酸回路に入る。回路の各ターンでは、イソクエン酸脱水素酵素とα-ケトグルタル酸脱水素酵素によって触媒される脱炭酸反応で、2つの炭素原子がCO ₂として回路から出ていきます。したがって、クエン酸回路の各ターンでは、アセチルCoAユニットが酸化され、アセチルCoAがもともとクエン酸を形成するために結合していたオキサロ酢酸分子が再生されます。脱炭酸反応は、回路でリンゴ酸が形成される前に発生します。 ^[1]植物だけが、アセチルCoAをオキサロ酢酸に変換する酵素を持っており、そこからリンゴ酸が形成され、最終的にグルコースに変換されます。^[1]

しかし、アセチル CoA はアセト酢酸に変換され、アセトンに脱炭酸されます（自然に、またはアセト酢酸脱炭酸酵素によって触媒されます）。その後、さらにイソプロパノールに代謝されて呼気/尿中に排泄されるか、またはCYP2E1によってヒドロキシアセトン（アセトール）に変換されます。アセトールはプロピレングリコールに変換されます。これは、ピルビン酸（2 つの代替酵素によって）、またはプロピオンアルデヒド、またはL -乳酸（一般的な乳酸異性体）に変換されます。^{[19] [20] [21]}別の経路では、アセトールがメチルグリオキサールに変換され、次にピルビン酸、またはD -乳酸アルデヒド（SD -ラクトイルグルタチオン経由など）に変換され、次にD -乳酸になります。^{[20] [22] [23]}ヒトではD-乳酸の代謝（グルコースへの代謝）が遅いか障害されているため、D-乳酸のほとんどは尿中に排泄されます。そのため、アセトン由来のD-乳酸は、ケトーシスまたはイソプロパノール中毒に関連する代謝性アシドーシスに大きく寄与する可能性があります。^[20] L-乳酸は、脂肪酸からグルコースへの正味の変換を完了することができます。アセトンからグルコースへの変換を示す最初の実験は1951年に行われました。この実験とその後の実験では、炭素同位体標識が使用されました。^[21]ヒトが飢餓状態にある場合、最大11%のグルコースがアセトンから生成されます。^[21]

脂肪組織におけるトリグリセリドの脂肪分解中に血液中に放出されたグリセロールは、肝臓でのみ取り込まれる。ここで、グリセロールキナーゼの作用により、グリセロール3-リン酸に変換される。グリセロールキナーゼは、リン酸化されるグリセロール1分子につき1分子のATPを加水分解する。グリセロール3-リン酸は、次にジヒドロキシアセトンリン酸に酸化され、次にトリオースリン酸イソメラーゼ酵素によってグリセルアルデヒド3-リン酸に変換される。ここから、元のグリセロールの3つの炭素原子は、解糖によって酸化されるか、糖新生によってグルコースに変換される。 [ ^10]

脂肪酸は、細胞の細胞膜の大部分を構成するリン脂質の不可欠な部分です。これらのリン脂質は、細胞膜結合酵素ホスホリパーゼC（PLC）によってリン脂質であるホスファチジルイノシトール4,5-ビスリン酸（PIP ₂ ）の加水分解を通じて、ジアシルグリセロール（DAG）とイノシトール三リン酸（IP _{3 ）に切断されます。} ^[24]

脂肪酸代謝の産物の1つにプロスタグランジンがあり、動物において多様なホルモン様作用を持つ化合物です。プロスタグランジンは、ヒトや他の動物のほぼすべての組織に存在しています。これらは、 20炭素の多価不飽和脂肪酸であるアラキドン酸から酵素的に生成されます。したがって、すべてのプロスタグランジンには、 5炭素環を含む20個の炭素原子が含まれています。これらはエイコサノイドのサブクラスであり、脂肪酸誘導体のプロスタノイドクラスを形成します。 ^[25]

プロスタグランジンは、細胞膜を構成するリン脂質からアラキドン酸を分解することによって細胞膜で合成されます。これは、膜リン脂質に直接作用するホスホリパーゼ A ₂ 、または DAG (ジアシルグリセロール) に作用するリパーゼによって触媒されます。次に、アラキドン酸は、プロスタグランジン合成酵素のシクロオキシゲナーゼ成分の作用を受けます。これにより、脂肪酸鎖のほぼ中央にシクロペンタン環が形成されます。この反応では、2 つの O ₂分子に由来する 4 つの酸素原子も追加されます。結果として得られる分子はプロスタグランジン G ₂であり、酵素複合体のヒドロペルオキシダーゼ成分によってプロスタグランジン H ₂に変換されます。この非常に不安定な化合物は、他のプロスタグランジン、プロスタサイクリン、トロンボキサンに急速に変換されます。^[25]これらはエイコサノイドホルモンを産生した細胞を取り囲む間質液に放出されます。

アラキドン酸がシクロオキシゲナーゼではなくリポキシゲナーゼの作用を受けると、ヒドロキシエイコサテトラエン酸とロイコトリエンが生成されます。これらは局所ホルモンとしても作用します。

プロスタグランジンには、プロスタサイクリンとトロンボキサンという2つの誘導体があります。プロスタサイクリンは強力な局所血管拡張剤で、血小板の凝集を阻害します。血管拡張の役割を通じて、プロスタサイクリンは炎症にも関与しています。これらは血管壁で合成され、不必要な血栓形成を防ぐ生理機能を果たし、平滑筋組織の収縮を調節します。^[26]逆に、トロンボキサン（血小板細胞によって生成される）は血管収縮剤で、血小板凝集を促進します。その名前は、血栓形成（血栓症）の役割に由来しています。

体内の脂肪酸のかなりの割合は、動物または植物由来のトリグリセリドの形で食事から摂取されます。陸生動物から得られる脂肪の脂肪酸は飽和脂肪酸である傾向がありますが、魚や植物のトリグリセリドの脂肪酸は多価不飽和脂肪酸であることが多く、そのため油として存在します。

これらのトリグリセリドは腸で吸収されない。^[27]これらは膵リパーゼによってモノグリセリドとジグリセリド、および遊離脂肪酸（遊離グリセロールは含まない）に分解され、膵リパーゼは、その活性に必要なコリパーゼ（膵液の成分でもある）と呼ばれるタンパク質と1:1の複合体を形成する。活性化された複合体は、水と脂肪の界面でのみ作用することができる。したがって、これらの酵素の最適な活性のためには、脂肪が最初に胆汁酸塩によって乳化されることが不可欠である。^[28]消化産物は、トリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリドと遊離脂肪酸の混合物で構成され、食事中の他の脂溶性成分（脂溶性ビタミンやコレステロールなど）および胆汁酸塩とともに、水っぽい十二指腸内容物中で混合ミセルを形成する（右の図を参照）。^{[27] [29]}

これらのミセルの内容物（胆汁酸塩は含まない）は腸上皮細胞（小腸の内層にある上皮細胞）に入り、そこでトリグリセリドに再合成され、キロミクロンにパッケージ化されて乳糜管（腸のリンパ系の毛細血管）に放出される。 ^{[30]これらの乳糜管は}胸管に排出され、首の左下側にある左頸静脈と左鎖骨下静脈の合流部で静脈血に流れ込む。つまり、脂溶性の消化産物は、他の消化産物とは異なり、肝臓を経由せずに直接全身循環に排出される。この特異性の理由は不明である。^[31]

カイロミクロンは体中を循環し、脂肪分の多い食事を摂った後の血漿は乳状またはクリーミーな外観になります。 ^{[出典が必要]} 毛細血管の内皮表面、特に脂肪組織（ただし他の組織でも程度は低い）にあるリポタンパク質リパーゼは、カイロミクロンを遊離脂肪酸、グリセロール、カイロミクロン残渣に部分的に消化します。脂肪酸は脂肪細胞に吸収されますが^{[出典が必要]}、グリセロールとカイロミクロン残渣は血漿中に残り、最終的には肝臓によって循環から除去されます。カイロミクロンの消化によって放出された遊離脂肪酸は脂肪細胞に吸収され^{[出典が必要] 、}解糖経路でグルコースから生成されたグリセロールを使用してトリグリセリドに再合成されます^{[出典が必要]}。これらのトリグリセリドは、他の組織の燃料として必要になるまで、脂肪細胞の脂肪滴に蓄えられます。

肝臓は、腸から門脈に流れ込む血液から、一定量のブドウ糖を吸収します。肝臓がグリコーゲン貯蔵量を補充した後 (満杯でも約 100 g のグリコーゲンしかありません)、残りのブドウ糖の多くは、以下に説明するように脂肪酸に変換されます。これらの脂肪酸はグリセロールと結合してトリグリセリドを形成し、カイロミクロンと非常によく似た液滴にパッケージ化されますが、これは超低密度リポタンパク質(VLDL) として知られています。これらの VLDL 液滴は、カイロミクロンとまったく同じ方法で処理されますが、VLDL の残りは中密度リポタンパク質(IDL) として知られ、血液からコレステロールを除去することができます。これにより、IDL は低密度リポタンパク質(LDL) に変換され、細胞膜への組み込みや合成目的 (ステロイド ホルモンの形成など) にコレステロールを必要とする細胞に取り込まれます。残りのLDLは肝臓で除去される。^[32]

脂肪組織と授乳中の乳腺も血液からグルコースを取り込んでトリグリセリドに変換します。これは肝臓の場合と同じように起こりますが、これらの組織はこのようにして生成されたトリグリセリドをVLDLとして血液中に放出しません。脂肪組織細胞はトリグリセリドを脂肪滴に蓄え、最終的にはインスリンの血漿濃度が低く、グルカゴンやエピネフリンの血漿濃度が高いときに、遊離脂肪酸とグリセロールとして再び血液中に放出します（上記のように）。^{[33]乳腺は、下垂体}前葉ホルモンのプロラクチンの影響を受けて産生する乳に脂肪（クリーム状の脂肪滴として）を排出します。

体内のすべての細胞は、自身の膜と細胞小器官の膜を製造し、維持する必要がある。それらが血液から吸収された遊離脂肪酸に完全に依存しているのか、それとも血糖から独自の脂肪酸を合成できるのかはわかっていない。中枢神経系の細胞は、これらの分子が血液脳関門を通過して到達できないため、独自の脂肪酸を製造する能力をほぼ確実に持っている。^[34]しかし、哺乳類は自分では合成できないが、それでも細胞膜（および上記の他の機能）の重要な構成要素である必須脂肪酸がどのようにして中枢神経系に到達するかは不明である。

β酸化と同様に、直鎖脂肪酸の合成は、以下に示す6つの繰り返し反応を経て、16炭素パルミチン酸が生成されるまで起こります。^{[35] [36]}

提示された図は、微生物内で脂肪酸がどのように合成されるかを示しており、大腸菌に含まれる酵素をリストしています。^[35]これらの反応は脂肪酸合成酵素II（FASII）によって行われ、一般的には1つの複合体として機能する複数の酵素が含まれています。FASIIは、原核生物、植物、真菌、寄生虫、およびミトコンドリアに存在します。^[37]

動物や酵母などの一部の菌類では、脂肪酸合成酵素 I (FASI) で同じ反応が起こります。FASI は脂肪酸を生成するために必要なすべての酵素活性を持つ大きな二量体タンパク質です。FASI は FASII よりも効率は低いですが、早期連鎖停止による「中鎖」脂肪酸を含むより多くの分子の形成を可能にします。^[37]酵素、アシルトランスフェラーゼ、トランスアシラーゼは、アシル受容体とドナーの間で脂肪酸を移動させることにより、リン脂質、トリアシルグリセロールなどに脂肪酸を組み込みます。また、生理活性脂質とその前駆体分子を合成する役割もあります。^[38]

16:0炭素脂肪酸が形成されると、いくつかの修飾を受け、不飽和化や伸長が起こる。伸長はステアリン酸（18:0）から始まり、主に小胞体でいくつかの膜結合酵素によって行われる。伸長プロセスに関与する酵素段階は、脂肪酸合成で行われる段階と基本的に同じであるが、伸長の4つの主要な連続段階は、物理的に関連する可能性のある個別のタンパク質によって実行される。^{[39] [40]}

略語: ACP –アシルキャリアタンパク質、CoA –補酵素A、NADP –ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸。

脂肪酸合成の際の還元剤はNADPHであるのに対し、β酸化（脂肪酸のアセチルCoAへの分解）の酸化剤はNADである点に留意されたい。この違いは、NADPHは生合成反応中に消費されるのに対し、NADHはエネルギー産生反応で生成されるという一般原則を例証している。 ^[34] （したがって、NADPHはアセチルCoAからのコレステロールの合成にも必要であり、NADHは解糖中に生成される。）NADPHの供給源は2つある。リンゴ酸が「NADP ⁺結合リンゴ酸酵素」ピルビン酸によって酸化的に脱炭酸されると、CO ₂とNADPHが形成される。NADPHは、グルコースをリボースに変換するペントースリン酸経路によっても生成され、リボースはヌクレオチドや核酸の合成に使用できるほか、ピルビン酸に異化されることもある。^[34]

ヒトでは、脂肪酸は主に肝臓と脂肪組織で炭水化物から生成され、授乳中の乳腺でも生成されます。解糖系で生成されるピルビン酸は、炭水化物を脂肪酸とコレステロールに変換する上で重要な媒介物です。^[34]これは、ミトコンドリアでピルビン酸がアセチルCoAに変換されることによって起こります。しかし、このアセチルCoAは、脂肪酸とコレステロールの合成が行われる細胞質に輸送される必要があります。これは直接行うことはできません。細胞質のアセチルCoAを得るために、クエン酸（アセチルCoAとオキサロ酢酸の縮合によって生成される）がクエン酸回路から取り除かれ、ミトコンドリア内膜を越えて細胞質に運ばれます。^{[34]そこで、} ATPクエン酸リアーゼによってアセチルCoAとオキサロ酢酸に切断されます。オキサロ酢酸はリンゴ酸としてミトコンドリアに戻されます（その後、オキサロ酢酸に戻され、ミトコンドリアからさらに多くのアセチルCoAが移動します）。^{[41]細胞質のアセチルCoAは}アセチルCoAカルボキシラーゼによってマロニルCoAにカルボキシル化され、脂肪酸合成の最初のステップとなります。^{[41] [42]}

アセチルCoAはアセチルCoAカルボキシラーゼによってマロニルCoAに形成され、この時点でマロニルCoAは脂肪酸合成経路に供給される。アセチルCoAカルボキシラーゼは飽和直鎖脂肪酸合成の調節点であり、リン酸化とアロステリック調節の両方を受ける。リン酸化による調節は主に哺乳類で起こり、アロステリック調節はほとんどの生物で起こる。アロステリック制御はパルミトイルCoAによるフィードバック阻害とクエン酸による活性化として起こる。飽和脂肪酸合成の最終産物であるパルミトイルCoAのレベルが高い場合、アセチルCoAカルボキシラーゼをアロステリックに不活性化して、細胞内に脂肪酸が蓄積するのを防ぐ。クエン酸は高レベルでアセチルCoAカルボキシラーゼを活性化する働きをする。なぜなら、高レベルはクレブス回路に供給されエネルギーを生成するのに十分なアセチルCoAがあることを示しているからである。^[43]

血漿中のインスリン濃度が高い場合（例えば食後）、アセチルCoAカルボキシラーゼの脱リン酸化と活性化が起こり、アセチルCoAからマロニルCoAの形成が促進され、結果として炭水化物が脂肪酸に変換されます。一方、エピネフリンとグルカゴン（飢餓時や運動時に血中に放出される）は、この酵素のリン酸化を引き起こし、脂肪生成を阻害し、 β酸化による脂肪酸の酸化を促進します。^{[34] [42]}

脂肪酸代謝障害は、例えば、高トリグリセリド血症（トリグリセリドのレベルが高すぎる）やその他のタイプの高脂血症として説明できます。これらは家族性または後天性の場合があります。

脂肪酸代謝の家族性疾患は、一般的に脂質代謝の先天異常に分類されます。これらの疾患は、脂肪酸酸化障害または脂質蓄積障害として説明され、筋肉、肝臓、その他の細胞型内でエネルギーを生成するために脂肪酸を酸化する身体の能力に影響を与える酵素または輸送タンパク質の欠陥から生じる、いくつかの先天性代謝異常のいずれかです。脂肪酸酸化障害が筋肉に影響を与える場合、それは代謝性ミオパシーです。

さらに、癌細胞は、腫瘍形成と細胞増殖のさまざまな側面に関与する脂肪酸合成^[44]とミトコンドリア脂肪酸酸化（FAO）^[45]の両方に関して不規則な脂肪酸代謝を示すことがあります。