Der erste Schritt des Abbaus und der Energiefreisetzung ist das Abspalten der einzelnen Fettsäuren. Dieser Schritt wird als Lipolyse bezeichnet. Dabei werden die TAG durch Lipasen in drei Fettsäuren und ein Glycerin gespalten.

Die Fettsäuren sind sehr energiereiche Verbindungen, die in der Zelle durch die β-Oxidation komplett zu Acetyl-CoA abgebaut werden können, welches in den Citratzyklus eingespeist wird. Der Abbau von Fettsäuren erfolgt an der Außenseite der Mitochondrienmembran sowie in der Mitochondrienmatrix und kann in 3 Schritte unterteilt werden:

1. Aktivierung der Fettsäure
2. Transport von Acyl-CoA ins Mitochondrium
3. β-Oxidation

Das Glycerin ist für die meisten Zellen selbst nicht zu verwerten, aber gut wasserlöslich und wird deswegen in das Blut abgegeben. Anschließend kann es in der Leber zur Gluconeogenese verwendet werden. Bei dem Abbau von Fetten wird somit jede energiereiche Verbindung zum Energiegewinn genutzt. Es gehen keine energiereichen Bindungen verloren.

Die TAG werden in mehreren Schritten durch verschiedene Lipasen in Glycerin und drei Fettsäuren gespalten. Dabei erfolgen die Abspaltungen der Fettsäuren nacheinander, sodass zuerst das TAG in ein Diacylglycerin und eine Fettsäure gespalten wird, bevor das Diacylglycerin zu einem Monoacylglycerin und einer Fettsäure abgebaut wird. Das Monoacylglycerin wird letztendlich in Glycerin und eine Fettsäure gespalten.

Fettsäuren sind sehr reaktionsträge Moleküle, die vor ihrem Abbau erst aktiviert werden müssen:

1. Um die Fettsäuren zu aktivieren wird ATP zuerst in AMP und Pyrophosphat gespalten.
2. AMP wird mittels Veresterung an die Fettsäure gebunden. Es entsteht Acyl-AMP.
3. Im nächsten Schritt wird dieses AMP wieder abgespalten und durch ein Coenzym A ersetzt, welches durch den Schwefel eine Thioesterbindung ausbildet. Das entstandene Produkt heißt Acyl-CoA und hat die Energie der Spaltung in der Thioesterbindung gespeichert.

Achtung: Acyl-CoA (aktivierte Fettsäure) nicht mit Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure) verwechseln!

Das Molekül Acyl-CoA ist nun durch den Einsatz von ATP energiereicher als unser Ausgangsprodukt und kann nun weiterverarbeitet werden. Alle oben beschriebenen Reaktionen der Fettsäureaktivierung werden von der Fettsäure-CoA-Ligase katalysiert.

Nachdem die Fettsäure im Zytosol aktiviert wurde, muss als nächstes der Transport in das Mitochondrium erfolgen.

1. Für diesen Transport wird ein weiteres Protein benötigt, da die Fettsäuren durch ihre Bindung an das Coenzym A nicht membrangängig sind. Daher wird das Coenzym A abgespalten und die Fettsäure auf das Transportprotein Carnitin übertragen. Dieser Schritt wird durch die Carnitin-Acyltransferase I katalysiert.
2. Anschließend kann das neu gebildete Acyl-Carnitin durch den Carnitin-Acylcarnitin-Transporter im Austausch gegen unbeladenes Carnitin in die Mitochondrienmatrix transportiert werden.
3. In der Mitochondrienmatrix wird das Carnitin wieder gegen ein Coenzym A von der Carnitin-Acyltransferase II ausgetauscht und es liegt wieder Acyl-CoA vor, welches sich jetzt aber in der Mitochondrienmatrix befindet.

Die β-Oxidation ist ein zyklischer Prozess aus vier Schritten, bei dem C₂-Körper vom Carboxylende der Fettsäuren abgespalten werden, um anschließend als Acetyl-CoA in den Citratzyklus eingespeist zu werden. Dieser Prozess läuft so lange ab, bis die ursprüngliche Fettsäure komplett zu Acetyl-CoA abgebaut wurde. Während eines Zyklus werden zusätzlich noch ein NADH+H⁺ und ein FADH₂ regeneriert, welche anschließend in die Atmungskette eingeschleust werden.

Reaktionsschritte:

1. Als erstes wird das Acyl-CoA durch die Acyl-CoA-Dehydrogenase oxidiert. Eine Oxidation bedeutet in diesem Fall, dass zwei Wasserstoffe abgespalten werden. Die abgespaltenen Wasserstoffatome werden auf FAD übertragen. Dieses wird dadurch zu FADH₂ reduziert. Durch die Abspaltung der Wasserstoffatome entsteht zwischen C2 und C3 eine trans-konfigurierte Doppelbindung. Daher heißt das Produkt trans-Δ2-Enoyl-CoA.
2. Anschließend wird durch die Enoyl-CoA-Hydratase Wasser an die neu entstandene Doppelbindung geknüpft, wodurch an dem C3-Atom eine Hydroxygruppe (OH-Gruppe) entsteht. Das Produkt heißt 3-Hydroxyacyl-CoA.
3. Das entstandene 3-Hydroxyacyl-CoA kann durch die 3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase oxidiert werden. Durch die Oxidation wird aus der Hydroxygruppe eine Ketogruppe. Dabei wird diesmal NAD⁺ zu NADH + H⁺ reduziert.
4. Die Ketogruppe ist die Voraussetzung, um im letzten Schritt den C₂-Körper abzuspalten und die Ketogruppe an ein Coenzym A zu knüpfen. Dieser letzte Schritt wird von der Ketothiolase katalysiert und es bleibt ein um zwei Kohlenstoffatome verkürztes Acyl-CoA übrig.

Die Glycerin-Moleküle, die bei dem Abbau von TAG entstehen, gelangen über das Blut von den Fettzellen zur Leber. Dort können sie weiterverarbeitet und als Glycerinaldehyd-3-phosphat in die Glykolyse eingeschleust werden. Dafür sind jedoch noch drei Umwandlungsschritte nötig:

1. Zuerst wird das Glycerin durch ATP aktiviert. Dabei entsteht Glycerin-3-phosphat und ADP.
2. Anschließend werden von dem Glycerin-3-phosphat zwei Wasserstoffe abgespalten und auf NAD⁺ übertragen. Dadurch entsteht Dihydroxyaceton-phosphat und NADH + H⁺. Das NADH + H⁺ kann anschließend in die Atmungskette eingebracht und zur ATP-Regeneration genutzt werden.
3. Zuletzt wird Dihydroxyaceton-phosphat noch in sein Isomer, das Glycerinaldehyd-3-phosphat, umgewandelt. Dieses kann anschließend in die Glykolyse eingehen.