脂肪中储存的能量主要在脂肪酸中。脂解产生的脂肪酸与清蛋白（白蛋白）结合，生成极高密度脂蛋白，经血液循环运输到需要能量的组织。组织通过各种转运蛋白（CD36、FATP、FABP等）摄取脂肪酸。
CD36是脂肪酸转位酶（fatty acid translocase，FAT），属于B类清道夫受体。FABPPM是质膜相关脂肪酸结合蛋白（plasma membrane-associated fatty acid-binding protein），细胞质中还有胞质脂肪酸结合蛋白（FABPc）。FATP是脂肪酸转运蛋白（fatty acid transport proteins），主要用于运输长链脂肪酸，至少有六种（FATP1-6），各有不同的专一性和组织分布。
人肠道FABP结构，引自J Lipid Res. 2009
脂肪酸与转运蛋白结合后，表观pKa从水溶液中的4.5升高到7.6，结果大约一半的脂肪酸不带电荷，从而能够穿过磷脂双层。在质膜的内表面，脂肪酸可以与胞质脂肪酸结合蛋白（FABPc）或小窝蛋白1（Caveolin-1）结合。FABPc使脂肪酸保持可溶性，并可以在细胞内运输到各个细胞区室（细胞器）。
脂肪细胞FABP功能，引自J Lipid Res. 2009
脂肪酸氧化前要先活化，即生成脂酰辅酶A。这一步由脂酰辅酶A合成酶（硫激酶）催化，消耗一分子ATP，生成焦磷酸。人类至少有26种硫激酶，各有不同的底物特异性和组织分布。线粒体中的酶作用于短链和中链脂肪酸（4-12个碳），内质网中的酶作用于12个碳以上的长链脂肪酸。
长链脂肪酸需先在肉碱棕榈酰转移酶I（CPT1）催化下与肉碱生成脂酰肉碱，再通过线粒体内膜的移位酶（CACT）穿过内膜，由CPT2催化重新生成脂酰辅酶A。最后肉碱经移位酶回到细胞质。此过程中CPT1为限速酶。因为脂肪酸氧化的速度是由转运决定的，所以CPT1也是脂肪酸氧化的限速酶。
长链脂肪酸转运进入线粒体，引自themedicalbiochemistrypage.org
虽然中短链脂肪酸可直接进入线粒体，但膜上仍有相应的转移酶CRAT和CROT，分别转运短链和中链脂酰辅酶A。因为过氧化物酶体等会产生中短链脂酰辅酶A，需要进入线粒体氧化。
脂酰辅酶A的氧化过程称为β-氧化，因为是在β-碳上生成羰基。此过程在线粒体基质进行，每4步一个循环，脱下一个二碳片段（乙酰辅酶A）。此过程其实与三羧酸循环的后四步很相似，但所用酶不同。
β-氧化过程
脂酰辅酶A脱氢酶生成反式双键，同时产生FADH2。但与琥珀酸脱氢酶不同，这里的氢不能直接氧化，需经电子黄素蛋白（ETF）、铁硫蛋白和辅酶Q进入呼吸链。这个过程在《呼吸链与氧化磷酸化（二）》一文中有粗略介绍。
脂酰辅酶A脱氢酶有四种，作用于不同链长的底物，分别是SCAD、MCAD、LCAD和VLCAD，作用于短链、中链、长链和超长链脂肪酸。除此之外，人类还表达7种其他酰基辅酶A脱氢酶，参与氨基酸代谢等过程。
烯脂酰辅酶A水化酶只催化Δ2双键，但顺反皆可。反式双键生成L-β-羟脂酰辅酶A，顺式双键生成D型产物。L-β-羟脂酰辅酶A脱氢酶只作用于L型底物，生成酮脂酰辅酶A。最后由硫解酶催化，放出乙酰辅酶A，产生少2个碳的脂酰辅酶A。
对于长链脂酰辅酶A，后面这三个酶促反应均由一个多功能酶催化，称为线粒体三功能蛋白（MTP），是一种八聚体酶（α4β4）。而对于中短链脂肪酸，则由三种独立的酶催化。
总体来说，线粒体中脂肪酸的β-氧化每四步一轮循环，放出一个乙酰辅酶A，生成一个NADH和一个FADH2。需要注意脂肪酸的活化消耗2个高能键，最后一轮氧化产生两个乙酰辅酶A。
动物体内的脂肪酸绝大多数是偶数碳的，但偶尔会有植物来源的奇数碳脂肪酸需要代谢。它们经β-氧化后产生丙酰辅酶A，不同生物的代谢途径不同。人体将丙酰辅酶A转化为琥珀酰辅酶A进入TCA循环。这个过程需要三个酶连续催化，分别是丙酰辅酶A羧化酶，甲基丙二酰辅酶A差向酶和甲基丙二酰基辅酶A变位酶。
丙酸代谢过程，引自themedicalbiochemistrypage.org
丙酰辅酶A羧化酶需要ATP，Biotin和CO2，故称为ABC酶。甲基丙二酰CoA变位酶需要辅酶B12（腺苷钴胺），是腺苷钴胺参与的两个反应之一（另一个是核糖核苷酸还原），再有就是需要甲钴胺的甲硫氨酸合酶，参见《钴胺素(维生素B12)的结构、生化功能与相关疾病》一文。
甲基丙二酰辅酶A变位机制
在氨基酸代谢中，缬氨酸，蛋氨酸，异亮氨酸和苏氨酸的碳架氧化过程也需要经过丙酰CoA的转化途径。所以英文中将其缩写为VOMIT路径，其中O代表奇数碳脂肪酸，其它均为氨基酸符号，大家还认得吧？
参考文献：
Judith Storch, et al. Structural and functional analysis of fatty acid-binding proteins. J Lipid Res. 2009 Apr;50 Suppl(Suppl):S126-131.
