脂肪酸的合成首先由乙酰CoA开始合成，产物是十六碳的饱和脂肪酸即软酯酸(palmitoleic acid)。
1.乙酰CoA的转移
乙酰CoA可由糖氧化分解或由脂肪酸、酮体和蛋白分解生成，生成乙酰CoA的反应均发生在线粒体中，而脂肪酸的合成部位是胞浆，因此乙酰CoA必须由线粒体转运至胞浆。但是乙酰CoA不能自由通过线粒体膜，需要通过一个称为柠檬酸丙酮酸循环(citratepyruvate cycle)来完成乙酰CoA由线粒体到胞浆的转移。首先在线粒体内，乙酰CoA与草酰乙酸经柠檬酸合成酶催化，缩合生成柠檬酸，再由线粒体内膜上相应载体协助进入胞液，在胞液内存在的柠檬酸裂解酶(citrate lyase)可使柠檬酸裂解产生乙酰CoA及草酰乙酸。前者即可用于生成脂肪酸，后者可返回线粒体补充合成柠檬酸时的消耗。但草酰乙酸也不能自由通透线粒体内膜，故必须先经苹果酸脱氢酶催化，还原成苹果酸再经线粒体内膜上的载体转运入线粒体，经氧化后补充草酰乙酸。也可在苹果酸酶作用下，氧化脱羧生成丙酮酸，同时伴有NADPH的生成。丙酮酸可经内膜载体被转运入线粒体内，此时丙酮酸可再羧化转变为草酰乙酸。每经柠檬酸丙酮酸循环一次，可使一分子乙酸CoA由线粒体进入胞液，同时消耗两分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要(见图5-15)。
图5-15 柠檬酸-丙酮酸循环
2.丙二酰CoA的生成
乙酰CoA由乙酰CoA羧化酶(acetyl CoA carboxylase)催化转变成丙二酰CoA(或称丙二酸单酰CoA)反应如下：
乙酰CoA羧化酶存在于胞液中，其辅基为生物素，在反应过程中起到携带和转移羧基的作用。该反应机理类似于其他依赖生物素的羧化反应，如催化丙酮酸羧化成为草酰乙酸的反应等。
图5－16 原核生物脂肪酸合成酶复合物生成软脂酸(16：0)
由乙酰CoA羧化酶催化的反应为脂肪酸合成过程中的限速步骤。此酶为一别构酶，在变构效应剂的作用下，其无活性的单体与有活性的多聚体(由10?0个单体呈线状排列)之间可以互变。柠檬酸与异柠檬酸可促进单体聚合成多聚体，增强酶活性，而长链脂肪酸可加速解聚，从而抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可通过依赖于cAMP的磷酸化及去磷酸化修饰来调节酶活性。此酶经磷酸化后活性丧失，如胰高血糖素及肾上腺素等能促进这种磷酸化作用，从而抑制脂肪酸合成；而胰岛素则能促进酶的去磷酸化作用，故可增强乙酰CoA羧化酶活性，加速脂肪酸合成。
同时乙酰CoA羧化酶也是诱导酶，长期高糖低脂饮食能诱导此酶生成，促进脂肪酸合成；反之，高脂低糖饮食能抑制此酶合成，降低脂肪酸的生成。
3.软脂酸的生成
软脂酸的合成实际上是一个重复循环的过程，由1分子乙酰CoA与7分子丙二酰CoA经转移、缩合、加氢、脱水和再加氢重复过程，每一次使碳链延长两个碳，共7次重复，最终生成含十六碳的软脂酸(图5-16)。
在原核生物(如大肠杆菌中)催化此反应的酶是一个由7种不同功能的酶与一种酰基载体蛋白(acyl carrier protein，ACP)聚合成的复合体。在真核生物催化此反应是一种含有双亚基的酶，每个亚基有7个不同催化功能的结构区和一个相当于ACP的结构区，因此这是一种具有多种功能的酶。
脂肪酸合成需消耗ATP和NADPH+H+,NADPH主要来源于葡萄糖分解的磷酸戊糖途径。此外，苹果酸氧化脱羧也可产生少量NADPH。
脂肪酸合成过程不是β-氧化的逆过程，它们反应的组织，细胞定位，转移载体，酰基载体，限速酶，激活剂，抑制剂，供氢体和受氢体以及反应底物与产物均不相同(表5-6)。
表5-6 脂肪酸合成和分解的比较
| 合成 | 分解 | |
| 反应最活跃时期 | 高糖膳食后 | 饥饿 |
| 刺激激素 | 胰岛素/胰高血糖素高比值 | 胰岛素／胰高血糖素低比值 |
| 主要组织定位 | 肝脏为主 | 肌肉、肝脏 |
| 亚细胞定位 | 胞浆 | 线粒体为主 |
| 酰基载体 | 柠檬酸（线粒体到胞浆） | 肉毒碱（胞浆到线粒体） |
| 含磷酸酰疏基乙胺的活性载体 | 酰基载体蛋白区，CoA | CoA |
| 氧化还原辅因子 | NADPH | NAD+，FAD |
| 二碳供体/产物 | 丙二酰CoA；酰基供体 | 乙酰CoA：产物 |
| 激活剂 抑制剂 |
柠檬酸脂辅酶CoA（抑制乙酰CoA羧化酶） | 丙二酰CoA（抑制肉毒碱酰基转移酶） |
| 反应产物 | 软脂酸 | 乙酰辅酶A |
