脂肪酸是主要的能量来源和细胞膜的关键组成部分。它们的代谢涉及两条相反的途径：β-氧化（分解以产生能量）和脂肪生成（合成以用于储存）。

脂肪酸氧化（β-氧化）

活化

脂肪酸在细胞质中通过连接辅酶A被活化，形成脂肪酰-CoA。该反应消耗ATP。脂肪酰-CoA随后通过肉碱穿梭系统转运到线粒体中。

β-氧化循环

在线粒体基质内，脂肪酰-CoA经历四个反应的重复循环：酰基-CoA脱氢酶的氧化（产生FADH2）、烯酰-CoA水合酶的水合、β-羟酰基-CoA脱氢酶的氧化（产生NADH）以及硫解酶的硫解（产生乙酰-CoA和缩短的脂肪酰-CoA）。

能量产量

每个循环以乙酰-CoA的形式移除两个碳原子。一个16碳的棕榈酸分子经历七个循环，产生8个乙酰-CoA、7个FADH2和7个NADH。乙酰-CoA随后进入柠檬酸循环以进一步产生能量。

脂肪酸合成（脂肪生成）

柠檬酸穿梭

当能量充足时，线粒体中过量的乙酰-CoA通过柠檬酸穿梭输出到细胞质。柠檬酸被ATP-柠檬酸裂解酶裂解，产生乙酰-CoA和草酰乙酸。

丙二酰-CoA的形成

乙酰-CoA羧化酶将乙酰-CoA转化为丙二酰-CoA，这是脂肪酸合成的关键步骤。该酶被胰岛素和柠檬酸激活，被棕榈酰-CoA抑制。

延伸循环

脂肪酸合酶（一种大型多功能酶）执行缩合、还原、脱水和还原的重复循环。每个循环增加两个碳原子。该过程需要NADPH，并以棕榈酸（16:0）作为主要产物。

调控

脂肪酸氧化和合成受到相互调控。当能量低时，AMPK激活氧化并抑制合成。当能量充足时，胰岛素激活合成并抑制氧化。