(1) 지방산의 미토콘드리아 유입과 β-산화

① 지방산 활성화와 카르니틴 셔틀

긴사슬 지방산은 세포질에서 아실-CoA 합성효소에 의한 지방산 활성화를 거쳐 아실-CoA가 된다.

아실기는 카르니틴 셔틀과 CPT-1을 통해 미토콘드리아로 들어가며, 말로닐-CoA 저해 탓에 지방산 합성이 활발할수록 산화 유입은 감소한다.

카르니틴 결핍증 : 긴사슬 유입 감소 · 공복 시 저케톤성 저혈당 · 중쇄 지방산은 셔틀 없이 통과

② β-산화 4단계와 에너지 수확

β-산화 4단계와 FADH2 : 산화 · 수화 · 재산화 · 티올분해 · 회전마다 아세틸-CoA 1분자 · 첫 산화 FADH2 · 세 번째 산화 NADH 생성

FADH2와 NADH가 전자전달계로 가 ATP 수율이 높고, β-산화가 촉진되면 피루브산 탈수소효소는 억제되고 포도당 신생은 촉진된다.

(2) 특수 지방산의 산화 경로

① 홀수 지방산과 불포화 지방산 산화

홀수 지방산과 프로피오닐-CoA는 짝으로, 카복실화(비오틴)와 이성질화(코발라민)로 메틸말로닐-CoA를 지나 숙시닐-CoA가 되어 비타민 B12 부족 시 메틸말로닐산이 증가한다.

불포화 지방산 산화 : 이성질화효소 · 환원효소 추가 · FADH2 단계 생략으로 ATP 수율 감소

② 퍼옥시좀 β-산화와 ω-산화

초장쇄지방산은 퍼옥시좀 β-산화로 사슬을 줄이고 전자가 과산화수소로 빠져 ATP를 만들지 않으며, 젤웨거증후군에서는 초장쇄지방산이 증가한다.

ω-산화 : 소포체 · 반대쪽 말단 산화 · β-산화가 막히면 이용 증가

(3) 케톤체 생성과 임상 연계

① 케톤체의 생성과 이용

간 미토콘드리아에서 HMG-CoA 합성효소가 케톤체 생성의 율속이다.

케톤체 : 아세토아세트산 · β-하이드록시부티르산 · 아세톤(비효소적 탈탄산, 호기 배출)

NADH/NAD+ 비가 상승하면 β-하이드록시부티르산 비율이 증가해 아세토아세트산만 잡는 검사는 과소평가하며, 간은 이용 효소가 없어 뇌·심근·골격근이 쓴다.

② 케톤산증과 산화 장애 질환

케톤산증과 당뇨병성 케톤산증 : 인슐린 감소 · 글루카곤 증가 · 지방분해와 케톤 생성 촉진 · 제1형에 흔함 · 고혈당 · 음이온차 증가 대사성 산증 · 케톤혈증

중쇄 아실-CoA 탈수소효소 결핍(MCAD)과 카르니틴 결핍증 : 공복 시 저케톤성 저혈당 · 케톤 생성 감소 · MCAD는 신생아 선별검사 대상

③ 지방산 산화 경로 비교표