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可以作為營養素的脂肪酸以脂肪體(lipid droplets)的形式儲存於脂肪細胞內。當腎上腺素的濃度提高或是胰島素濃度下降時，脂肪體內的脂質酶(hormone-sensitive lipase)^[4][5]就被活化，把儲存的三酸甘油酯分解為脂肪酸和甘油，此過程稱為脂裂解(lipolysis)。^[4]

脂肪酸被分解出來後會與血清白蛋白結合成可以溶於水的複合物，藉此可以通過血液運送到任何需要脂肪酸的組織中。^[4]當血清白蛋白抵達目標組織後會釋放出脂肪酸，接著脂肪酸直接穿越脂溶性的細胞膜進入細胞。利用脂肪酸氧化產生能量的酵素位於粒線體的基質內。含碳數超過12的脂肪酸會需要輔助穿越細胞膜並進入粒線體。

分解脂肪酸產生能量的三大步驟:

1. 活化並送入粒線體
2. 進行β-氧化
3. 進入電子傳遞鏈

脂肪酸藉由carnitine acyl transferases(如carnitine-palmitoyl transferase I，CPT-I)的協助穿越粒線體外膜，接著由carnitine協助穿越粒線體內膜。進入粒線體基質的fatty acyl-carnitine(由原本的脂肪酸與carnitine結合而來)^[6][7]，會與CoA反應得到乙醯輔酶A，最後乙醯輔酶A進入檸檬酸循環產生FADH₂以及NADH。其中，CPT-I的反應是脂肪酸氧化反應的速率決定步驟。

在粒線體中藉由β-氧化將脂肪酸反應物分解為乙醯輔酶A這種具有兩個碳的分子。但是，反應物若是來自奇數碳或是不飽和的脂肪酸，則必須要經過一個些微不同的反應。^[8][9]

α-氧化是將無法進行β-氧化的分子氧化的反應方式，而肝細胞的平滑內質網則可以用ω-氧化進行排毒作用：將碳數大於20的大型碳鏈在仍可控制的情況下進行分解。

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