賴氨酸

賴氨酸（英文名Lysine，縮寫Lys），化學名稱為2,6－二氨基己酸，是人體必需氨基酸之一，也是參與人體新陳代謝的重要物質，在體內不能合成。其分子式為C?H??N?O?，密碼子為AAA，外觀為白色或類白色粉末，無味或稍帶特殊臭味，溶于水。

1889年，德國化學家德雷塞爾（Dreehsel）從珊瑚中發現賴氨酸，其L-型賴氨酸可通過蛋白質水解物分離和或從合成的外消旋體中拆分而生產。1960年弗格爾（Vogel）利用標記化合物作為示蹤劑對低等真菌水霉目中的兩性綿霉及黑根霉的賴氨酸途徑進行追蹤，發現了兩性綿霉通過二氨基庚二酸途徑合成賴氨酸，而黑根霉則是通過α-氫基己二酸途徑合成賴氨酸，表明了低等真菌中包含兩條合成賴氨酸的途徑。1962年以后，發現了能夠以石油為原料生產谷氨酸、纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、丙氨酸、甘氨酸等。其中石油發酵谷氨酸、賴氨酸等均已達到糖質原料的水平，但因毒性與成本等問題而未能工業化。1970年，用黃色短桿菌的賴氨酸類似物AEC[S-α-氨基乙基-L-半胱氨酸]抗性變異株，在每升發酵液中可得到34克賴氨酸。這是成功地使用抗類似物突變株生成大量氨基酸的最早報告。直至1983年，日本有22種氨基酸能用生物合成法生產（胱氨酸、半胱氨酸尚不能用發酵法生產），其中18種氨基酸可以直接發酵，4種用酶法轉化。日本味之素公司用糖及液氨發酵能生產17種氨基酸。采用電子計算機控制，生產管理高度自動化。

賴氨酸（Lysine，Lys）存在于所有蛋白質中，是堿性必需氨基酸。由于谷物食品中的賴氨酸含量很低，且在加工過程中易被破壞，故稱為xxx限制性氨基酸。其，含有2個氨基（一NH₂）和1個羧基（一COOH），是一種具有明顯堿性的氨基酸羧酸。其分子式為C₆H₁₄O₂N₂，分子量為146.19，具有不對稱的α-碳原子，按光學活性可分為L型（左旋）、D型（右旋）和DL型（消旋）三種構型。只有L型才能被生物利用，故通常所說的賴氨酸均指L型。

賴氨酸是白色或類白色粉末，無味或稍帶特殊臭味，溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚，熔點263-264℃，比旋度+21°。

賴氨酸的化學性質并不穩定，自身就能起化學反應，加熱時很容易分解生成戊二胺和二氧化碳。同時賴氨酸是典型的α-氨基酸，具有下列典型的氨基酸化學反應特性。（1）與甲醛反應：在常溫條件下，加入甲醛溶液后，氨基酸的氨基與甲醛反應，氨基酸生成二甲基氨基酸，從而使其堿性消失，同時氨基酸的羧基游離出來。可以用氫氧化鈉標準溶液來滴定氨基酸的羧基，通過氨基酸的羧基與氨基比值近似原理來測定氨基酸態氮的含量。（2）與水合印三酮[tóng]反應：α-氨基酸（含游離氨基）與水合印三酮一起加熱，可生成藍紫色物質，而脯氨酸（無游離氨基）與水合印三酮一起加熱，則生成黃色物質。該反應很靈敏，常用于氨基酸的定性測定。（3）成肽反應：一個α-氨基酸分子中的α-羧基與另一個α-氨基酸分子中的α-氨基脫水縮合，形成的化合物稱為肽，該反應稱為成肽反應。

賴氨酸產品主要分為食品級、醫藥級和飼料級三種規格。據統計，賴氨酸的實際用比例為食品強化僅占3%，醫藥工業僅占2%、動物飼料占95%。用飼料級的L-賴氨酸產品為原料進行精制與提純，就能生產出食品級與醫藥級的賴氨酸產品。

賴氨酸可以作為食品營養強化劑、除臭劑、保鮮劑、增香劑和發泡劑等。食品營養強化劑：賴氨酸不能參加轉氨基作用，它對調節體內代謝平衡、提高體內對谷類蛋白質的吸收、改善人類膳食營養和動物營養、促進生長發育均有重要作用。若在食物中添加1g賴氨酸就相當于增加10g可利用的蛋白質。兒童食用添加了賴氨酸的食物其智力發育、體格發育、血漿蛋白的含量以及對疾病的免疫力等均比較高。年老體弱者的食物中添加少量賴氨酸，可明顯增加胃蛋白酶的分泌，增加食欲。食品除臭劑：食品在加工儲藏過程中產生的異臭大多是由羰基化合物引起的，賴氨酸的氨基能與碳基化合物的碳基反應，可以消除異臭，并能改善食品的色、香、味及質地。食品保鮮劑：用賴氨酸溶液噴灑蔬菜、水果可延長其保存期，故可作果蔬保鮮劑。

賴氨酸是合成人體激素、酶及抗體的原料，參與人體新陳代謝和各種生理活動，各種氨基酸輸液配方中基本上都有。缺乏賴氨酸的癥狀包括疲勞、虛弱、惡心、嘔口頭暈、沒有食欲、發育遲緩、貧血等。小兒生長發育：為體內必需氨基酸之一，能促進兒童生長發育，增加胃酸分泌，增進食欲。常見的賴氨酸藥品有鹽酸賴氨酸片、利滋靈片、健長靈片、健樂葡萄糖、健身露、維兒康糖漿、賴氨酸-B₁₂合劑顱腦損傷：動物實驗發現賴氨酸能增強小鼠的免疫功能，在有效治療輕型顱腦損傷的基礎上，賴氨酸能明顯降低腦損傷后綜合征的發生率，并明顯降低恢復期神經、精神癥狀的出現率（2周后）。如鹽酸賴氨酸沖劑、鹽酸賴氨酸干糖漿等均有此治療療效止血：藥用賴氨酸可以對抗纖維蛋白溶酶，因而止血過程中的重要物質—纖維蛋白不受纖維蛋白溶酶的破壞，而達到止血的作用，其功效與常用的6-氨基己酸（EACA）作用相同，因此賴氨酸可作為出血病人的輔助藥物，在臨床常用于子宮出血。

養殖業使用賴氨酸已獲得顯著效果，將賴氨酸添加于飼料中，能增進食欲，強化飼料營養，提高飼料中蛋白質的利用率，動物易于吸收消化，促進生長，增加料肉比，改良肉質，降低原料成本。賴氨酸還是一種環保物質，它的使用可以減少畜禽飼料的總用量，以減少畜禽糞便。

賴氨酸被稱為生長性氨基酸，是人體必需的氨基酸之一。主要的生物學功能為參與酶、多肽激素和蛋白質的合成，包括骨骼肌、多肽激素、血漿蛋白以及酶等多種關鍵蛋白質，在禁食時賴氨酸還是重要的能量來源之一。

賴氨酸還對大腦等神經系統的損傷有保護作用，能通過血腦屏障，進入腦組織，幫助神經組織修復，促進神經細胞再生。

賴氨酸能促進體內丙酮酸的代謝,使其氧化生成乙酰輔酶A，利于神經組織中的乙酰膽堿合成,促進神經遞質的代謝而興奮神經中樞。另外，賴氨酸缺乏會使大腦杏仁核分泌5-羥色胺增加，并導致多巴胺、去甲腎上腺素等神經遞質分泌失調，進而體現在情緒的調節方面。

賴氨酸還有很多其他的生物學功能，比如具有止血作用、具有抗腦組織缺氧的功能，提高腦組織生理功能，增強記憶力。同時賴氨酸對骨骼代謝也有重要影響，賴氨酸的缺乏會造成骨膠原蛋白的合成減少，進而影響骨骼代謝。

賴氨酸易溶于水，與其他氨基酸相比，賴氨酸是通過口服最容易吸收的一種。攝入體內的賴氨酸，首先以主動轉運的方式從小腸腔進入小腸粘膜細胞，然后通過門靜脈進入肝臟；在肝臟，賴氨酸在肝內可經L-氨基酸氧化酶的催化，進行氧化性脫氨基作用，后自動地發生環化，再通過相應的還原酶的作用，還原成六氫吡啶酸；六氫吡啶酸氧化成-四氫吡啶[dìng]6-羧酸，并且在ATP和Mg存在下，可利用肝線粒體將其進一步通過半氧化成α-氨己二酸。

賴氨酸代謝的另一條通路轉變為高瓜氨酸和高精氨酸，類似于尿素循環中的鳥氨酸轉變為瓜氨酸和精氨酸。賴氨酸還可脫羧為尸胺，但僅在死后和在腸道中由于微生物的作用才大量出現。

賴氨酸的添加量對體內氨基酸的平衡和其他氨基酸的吸收利用會產生影響，而賴氨酸的缺乏會造成氮平衡失調、食欲下降、皮下脂肪含量減少、氨基酸代謝受損等不良影響。對人體來說缺乏賴氨酸的癥狀還包括疲勞、虛弱、惡心、嘔吐、頭暈、發育遲緩、貧血等。

過多服用賴氨酸可引起精氨酸酶活性增加，促使精氨酸分解加速，導致產生負氮平衡，出現食欲不振、抵抗力下降、生長發育停滯等副作用。對肉類等蛋白質供應充足的運動員，添加賴氨酸不會進一步提高運動耐力；對飲食正常且均衡的兒童、老人及孕婦，賴氨酸也不是滋補品；對骨骼發育已完成的青年人來說，賴氨酸更不是“增高素” 。過量服用賴氨酸有損肝臟。

關于賴氨酸能否促進生長激素釋放問題，一直以來都是備受爭議的話題，有些運動員在訓練時使用賴氨酸作為促進肌肉生長的手段，然而，沒有重要證據支持這種應用。

2007年由WHO/FAO/UNU專家委員會確定的賴氨酸需要量為30 mg·kg·d。WHO/FAO確定的嬰幼兒、少年的賴氨酸需要量為(mg·kg·d)：1月齡(119)，2月齡(87)，3月齡(75)，4月齡(68), 6月齡(65)，1~2歲(45),3~10歲(35)，11~14歲(35)，15~18歲(33)。

蛋白質的食物中都含有賴氨酸，富含賴氨酸的食物為動物性食物（如畜禽類的瘦肉、魚、蝦、蟹、貝類、蛋類和乳制品）、豆類（包括大豆、雜豆及其制品）。此外，杏仁、榛子、花生仁、南瓜子仁等堅果中賴氨酸含量也比較多。谷類食物中賴氨酸含量很低，且易在加工過程中被破壞，因此是谷類的xxx限制性氨基酸。

賴氨酸的生物合成途徑與其他氨基酸不同，依微生物的種類而異。細菌的賴氨酸生物合成途徑需要經過二氨基庚二酸（DAP)合成賴氨酸，酵母、霉菌的賴氨酸生物合成途徑，需要經過α-氨基己二酸合成賴氨酸。同樣是二氨基庚二酸合成賴氨酸途徑，不同的細菌，賴氨酸生物合成的調節機制有所不同。賴氨酸產生菌主要為谷氨酸棒桿菌、北京棒桿菌、黃色短桿菌或乳糖發酵短桿菌等。與大腸桿菌不同，這些菌的天冬氨酸激酶不存在同工酶，而是單一地受賴氨酸和蘇氨酸的協同反饋抑制。因此在蘇氨酸限量培養下，即使賴氨酸過剩，也能形成大量天冬氨酸半醛，由于產生菌失去了合成高絲氨酸的能力，使天冬氨酸半醛這個中間產物全部轉入賴氨酸合成而大量生產賴氨酸。賴氨酸的兩條合成途徑——二氨基庚二酸途徑以及α-氫基己二酸途徑。二氨基庚二酸途徑：細菌、藍藻、高等植物合成賴氨酸屬于這一合成途徑，從天冬氨酸開始，轉變為天冬氨酸半醛。再與丙酮酸縮合，再經幾個步驟，其中包括與琥珀酰CoA縮合，產生L-2，6-二氨基庚二酸。二氨基庚二酸再經表異構作用，脫羧形成L-賴氨酸。α-氫基己二酸途徑：酵母、鏈孢霉合成賴氨酸屬于這一合成途徑，它是乙酸的一個甲基碳同α-酮戊二酸縮合形成高檸檬酸，后者經氧化、脫羧產生2-酮己二酸，再經轉氨作用產生2-氨基己二酸，還原即成為2-氨基己二酸半醛，再經脫氫等反應形成賴氨酸。

直接發酵法是常用的賴氨酸生產方法，產生賴氨酸的主要微生物有黃色短桿菌、谷氨酸棒桿菌、乳糖發酵短桿菌、諾卡桿菌等，利用微生物發酵具有反應條件溫和、能源消耗少、提取分離方便、可實現清潔生產等優點。生產碳源可為葡萄糖、醋酸、乙醇和右蠟，其轉化率和產酸率也有所不同。主要的流程為：首先進行斜面接種并培養、發酵，再進行上柱交換、氨水洗脫、真空濃縮，接著調節pH值在5-6得到粗賴氨酸鹽酸鹽，最后進行重結晶、脫色精制得到精制的L-賴氨酸鹽酸鹽。

賴氨酸的兩步發酵法中采用賴氨酸的前體二氨基庚二酸為原料，使用大腸桿菌的賴氨酸缺陷型菌株，由于缺少二氨基庚二酸脫羧酶不能生成賴氨酸，故積累了大量的二氨基庚二酸。然后再選用有二氨基庚二酸脫羧酶的產氣桿菌或大腸桿菌，進行酶法脫羧而生成L-賴氨酸。