Organisation schématique de la β-oxydation mitochondriale des acides gras. Les acides gras à chaîne longue (AG-CL) activés en acyl-CoA par l’ACS (acyl-CoA synthetase) sont pris en charge par la navette d’import mitochondrial constituée de la CPT1 (carnitine palmitoyl transferase 1), de la CACT (carnitine acyl-carnitine translocase) et de la CPT2 (carnitine palmitoyl transferase 2), dont le fonctionnement dépend de la carnitine. Les chiffres 1 à 4 correspondent aux quatre étapes de l’hélice de Lynen. À l’intérieur de la mitochondrie, les acyl-CoA sont oxydés par la VLCAD (very-long-chain acyl-Coa dehydrogenase) (étape 1) puis par la MTP (mitochondrial trifunctional protein) (étapes 2, 3, 4) aboutissant à la formation d’un acyl-CoA raccourci de deux carbones (n-2 acyl-CoA), d’un acétyl-CoA, d’un NADH, et d’un FADH₂. Cette séquence se reproduit à l’identique jusqu’à l’obtention d’un acyl-CoA à chaîne moyenne (12 carbones) qui sera dirigé vers la MCAD (medium chain acyl-CoA dehydrogenase) (étape 1) puis vers des isoformes communes aux chaînes moyennes et courtes pour les étapes 2 et 3, et, enfin, vers l’isoforme spécifique des chaînes moyennes en étape 4. Une fois réduit à 6 carbones, l’acyl-CoA réagira finalement avec la SCAD (short chain acyl-CoA dehydrogenase) (étape 1) puis avec les isoformes communes des étapes 2 et 3, et avec l’isoforme spécifique des chaînes courtes à l’étape 4. La conversion complète d’un AG-CL en acétyl-CoA mobilise donc successivement toutes les isoformes enzymatiques (chaîne longue, moyenne et courte). Le fonctionnement de la β-oxydation est étroitement couplé à l’activité de la chaîne respiratoire, permettant la production de grandes quantités d’ATP. Les électrons du FADH₂ produits à l’étape 1, d’abord cédés à l’ETF (electron-transferring factor) sont introduits dans la chaîne respiratoire via un accepteur spécifique, l’ETF-DH (electron-transferring factor dehydrogenase). Le NADH produit au cours de la β-oxydation des acides gras alimente la chaîne respiratoire au niveau du complexe I.