Beta-Oxidation ist ein Stoffwechselprozess, bei dem Fettsäuren in Acetyl-CoA zerlegt werden. Dabei gibt es vier Reaktionen, die sich wiederholen, bis die gesamte Fettsäurekette in einzelne Acetyl-CoA-Moleküle umgewandelt ist. Jedes dieser Moleküle wird dann zu Energie verarbeitet. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien der Zelle statt.
Die an der Beta-Oxidation beteiligten Moleküle umfassen die Fettsäurekette und Coenzym A. Coenzym A reagiert mit der Fettsäurekette, um Fettacyl-CoA zu produzieren. Die Fettsäurekette ist nun aktiviert und kann verarbeitet werden.
Die Beta-Oxidation wird durch Malonyl-CoA reguliert. Dies ist ein Enzym, das verhindert, dass Fettacyl-CoA in die Mitochondrien eindringt. Durch die Kontrolle der Moleküle, die Fettsäure-coA in die Mitochondrien transportieren, kann die Beta-Oxidation initiiert oder gestoppt werden. Wenn mehr Energie benötigt wird, ermöglicht Malonyl-CoA normalerweise den Transport von Fettacyl-CoA in die Mitochondrien. Das Molekül, auf das Malonyl-CoA abzielt, wird Carnitin-Acyltranferase genannt.
Die erste Reaktion der Beta-Oxidation nutzt das Enzym Acyl-CoA-Dehydrogenase. Dieser besteht eigentlich aus drei Enzymen, die in die mitochondriale Matrix eingebettet sind und jeweils ein FAD-Molekül besitzen. Die Enzyme oxidieren die aktivierte Fettsäurekette, während FAD reduziert wird. Dies bedeutet, dass ein Wasserstoffmolekül auf FAD übertragen wird, um FADH2 zu produzieren.
Danach findet eine weitere Reaktion statt, die durch das Enzym Enoyl-CoA-Hydratase katalysiert wird. Bei dieser Reaktion wird der Fettsäurekette Wasser zugesetzt, um Hydroacyl-CoA zu erzeugen. Dies ist die zweite Reaktion der Beta-Oxidation.
Die dritte Reaktion beinhaltet das Enzym L-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase. Es enthält das NAD+ Coenzym. In diesem Schritt wird ein Beta-Ketoacyl-CoA-Derivat aus der Oxidation des Hydroacyl-CoA hergestellt. Dabei wird NAD+ in NADH umgewandelt.
Im letzten Schritt dieses Prozesses wird Thiolase als Enzym verwendet. Es spaltet das Beta-Ketoacyl-CoA in ein Acetyl-CoA-Molekül und eine um zwei Kohlenstoffatome reduzierte Fettsäurekette. Das Acetyl-CoA-Molekül ist das Endprodukt der Beta-Oxidation, und die verbleibende Fettsäurekette durchläuft erneut die gleichen vier Reaktionen. Der Prozess wird wiederholt, bis die letzten beiden Produkte zwei Acetyl-CoA-Moleküle sind.
Bei ungesättigten Fettsäuren, dh Fettsäuren mit einer einfachen Doppelbindung, findet normalerweise eine Beta-Oxidation statt, bis die Enzyme die Doppelbindung erreichen. Die Enoyl-CoA-Isomerase wandelt dann die Doppelbindung von cis in trans um, und die Beta-Oxidation wird fortgesetzt. Cis und trans beschreibt die Orientierung der Doppelbindung.