赖氨酸

赖氨酸（英文名Lysine，缩写Lys），化学名称为2,6－二氨基己酸，是人体必需氨基酸之一，也是参与人体新陈代谢的重要物质，在体内不能合成。其分子式为C₆H₁₄N₂O₂，密码子为AAA，外观为白色或类白色粉末，无味或稍带特殊臭味，溶于水。

1889年，德国化学家德雷塞尔（Dreehsel）从珊瑚中发现赖氨酸，其L-型赖氨酸可通过蛋白质水解物分离和或从合成的外消旋体中拆分而生产。1960年弗格尔（Vogel）利用标记化合物作为示踪剂对低等真菌水霉目中的两性绵霉及黑根霉的赖氨酸途径进行追踪，发现了两性绵霉通过二氨基庚二酸途径合成赖氨酸，而黑根霉则是通过α-氢基己二酸途径合成赖氨酸，表明了低等真菌中包含两条合成赖氨酸的途径。1962年以后，发现了能够以石油为原料生产谷氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、甘氨酸等。其中石油发酵谷氨酸、赖氨酸等均已达到糖质原料的水平，但因毒性与成本等问题而未能工业化。1970年，用黄色短杆菌的赖氨酸类似物AEC[S-α-氨基乙基-L-半胱氨酸]抗性变异株，在每升发酵液中可得到34克赖氨酸。这是成功地使用抗类似物突变株生成大量氨基酸的最早报告。直至1983年，日本有22种氨基酸能用生物合成法生产（胱氨酸、半胱氨酸尚不能用发酵法生产），其中18种氨基酸可以直接发酵，4种用酶法转化。日本味之素公司用糖及液氨发酵能生产17种氨基酸。采用电子计算机控制，生产管理高度自动化。

赖氨酸（Lysine，Lys）存在于所有蛋白质中，是碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量很低，且在加工过程中易被破坏，故称为第一限制性氨基酸。其，含有2个氨基（一NH₂）和1个羧基（一COOH），是一种具有明显碱性的氨基酸羧酸。其分子式为C₆H₁₄O₂N₂，分子量为146.19，具有不对称的α-碳原子，按光学活性可分为L型（左旋）、D型（右旋）和DL型（消旋）三种构型。只有L型才能被生物利用，故通常所说的赖氨酸均指L型。

赖氨酸是白色或类白色粉末，无味或稍带特殊臭味，溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚，熔点263-264℃，比旋度+21°。

赖氨酸的化学性质并不稳定，自身就能起化学反应，加热时很容易分解生成戊二胺和二氧化碳。同时赖氨酸是典型的α-氨基酸，具有下列典型的氨基酸化学反应特性。（1）与甲醛反应：在常温条件下，加入甲醛溶液后，氨基酸的氨基与甲醛反应，氨基酸生成二甲基氨基酸，从而使其碱性消失，同时氨基酸的羧基游离出来。可以用氢氧化钠标准溶液来滴定氨基酸的羧基，通过氨基酸的羧基与氨基比值近似原理来测定氨基酸态氮的含量。（2）与水合印三酮[tóng]反应：α-氨基酸（含游离氨基）与水合印三酮一起加热，可生成蓝紫色物质，而脯氨酸（无游离氨基）与水合印三酮一起加热，则生成黄色物质。该反应很灵敏，常用于氨基酸的定性测定。（3）成肽反应：一个α-氨基酸分子中的α-羧基与另一个α-氨基酸分子中的α-氨基脱水缩合，形成的化合物称为肽，该反应称为成肽反应。

赖氨酸产品主要分为食品级、医药级和饲料级三种规格。据统计，赖氨酸的实际用比例为食品强化仅占3%，医药工业仅占2%、动物饲料占95%。用饲料级的L-赖氨酸产品为原料进行精制与提纯，就能生产出食品级与医药级的赖氨酸产品。

赖氨酸可以作为食品营养强化剂、除臭剂、保鲜剂、增香剂和发泡剂等。食品营养强化剂：赖氨酸不能参加转氨基作用，它对调节体内代谢平衡、提高体内对谷类蛋白质的吸收、改善人类膳食营养和动物营养、促进生长发育均有重要作用。若在食物中添加1g赖氨酸就相当于增加10g可利用的蛋白质。儿童食用添加了赖氨酸的食物其智力发育、体格发育、血浆蛋白的含量以及对疾病的免疫力等均比较高。年老体弱者的食物中添加少量赖氨酸，可明显增加胃蛋白酶的分泌，增加食欲。食品除臭剂：食品在加工储藏过程中产生的异臭大多是由羰基化合物引起的，赖氨酸的氨基能与碳基化合物的碳基反应，可以消除异臭，并能改善食品的色、香、味及质地。食品保鲜剂：用赖氨酸溶液喷洒蔬菜、水果可延长其保存期，故可作果蔬保鲜剂。

赖氨酸是合成人体激素、酶及抗体的原料，参与人体新陈代谢和各种生理活动，各种氨基酸输液配方中基本上都有。缺乏赖氨酸的症状包括疲劳、虚弱、恶心、呕口头晕、没有食欲、发育迟缓、贫血等。小儿生长发育：为体内必需氨基酸之一，能促进儿童生长发育，增加胃酸分泌，增进食欲。常见的赖氨酸药品有盐酸赖氨酸片、利滋灵片、健长灵片、健乐葡萄糖、健身露、维儿康糖浆、赖氨酸-B₁₂合剂颅脑损伤：动物实验发现赖氨酸能增强小鼠的免疫功能，在有效治疗轻型颅脑损伤的基础上，赖氨酸能明显降低脑损伤后综合征的发生率，并明显降低恢复期神经、精神症状的出现率（2周后）。如盐酸赖氨酸冲剂、盐酸赖氨酸干糖浆等均有此治疗疗效止血：药用赖氨酸可以对抗纤维蛋白溶酶，因而止血过程中的重要物质—纤维蛋白不受纤维蛋白溶酶的破坏，而达到止血的作用，其功效与常用的6-氨基己酸（EACA）作用相同，因此赖氨酸可作为出血病人的辅助药物，在临床常用于子宫出血。

养殖业使用赖氨酸已获得显著效果，将赖氨酸添加于饲料中，能增进食欲，强化饲料营养，提高饲料中蛋白质的利用率，动物易于吸收消化，促进生长，增加料肉比，改良肉质，降低原料成本。赖氨酸还是一种环保物质，它的使用可以减少畜禽饲料的总用量，以减少畜禽粪便。 

赖氨酸被称为生长性氨基酸，是人体必需的氨基酸之一。主要的生物学功能为参与酶、多肽激素和蛋白质的合成，包括骨骼肌、多肽激素、血浆蛋白以及酶等多种关键蛋白质，在禁食时赖氨酸还是重要的能量来源之一。

赖氨酸还对大脑等神经系统的损伤有保护作用，能通过血脑屏障，进入脑组织，帮助神经组织修复，促进神经细胞再生。 

赖氨酸能促进体内丙酮酸的代谢,使其氧化生成乙酰辅酶A，利于神经组织中的乙酰胆碱合成,促进神经递质的代谢而兴奋神经中枢。另外，赖氨酸缺乏会使大脑杏仁核分泌5-羟色胺增加，并导致多巴胺、去甲肾上腺素等神经递质分泌失调，进而体现在情绪的调节方面。 

赖氨酸还有很多其他的生物学功能，比如具有止血作用、具有抗脑组织缺氧的功能，提高脑组织生理功能，增强记忆力。同时赖氨酸对骨骼代谢也有重要影响，赖氨酸的缺乏会造成骨胶原蛋白的合成减少，进而影响骨骼代谢。 

赖氨酸易溶于水，与其他氨基酸相比，赖氨酸是通过口服最容易吸收的一种。摄入体内的赖氨酸，首先以主动转运的方式从小肠腔进入小肠粘膜细胞，然后通过门静脉进入肝脏；在肝脏，赖氨酸在肝内可经L-氨基酸氧化酶的催化，进行氧化性脱氨基作用，后自动地发生环化，再通过相应的还原酶的作用，还原成六氢吡啶酸；六氢吡啶酸氧化成-四氢吡啶[dìng]6-羧酸，并且在ATP和Mg存在下，可利用肝线粒体将其进一步通过半氧化成α-氨己二酸。

赖氨酸代谢的另一条通路转变为高瓜氨酸和高精氨酸，类似于尿素循环中的鸟氨酸转变为瓜氨酸和精氨酸。赖氨酸还可脱羧为尸胺，但仅在死后和在肠道中由于微生物的作用才大量出现。

赖氨酸的添加量对体内氨基酸的平衡和其他氨基酸的吸收利用会产生影响，而赖氨酸的缺乏会造成氮平衡失调、食欲下降、皮下脂肪含量减少、氨基酸代谢受损等不良影响。对人体来说缺乏赖氨酸的症状还包括疲劳、虚弱、恶心、呕吐、头晕、发育迟缓、贫血等。

过多服用赖氨酸可引起精氨酸酶活性增加，促使精氨酸分解加速，导致产生负氮平衡，出现食欲不振、抵抗力下降、生长发育停滞等副作用。对肉类等蛋白质供应充足的运动员，添加赖氨酸不会进一步提高运动耐力；对饮食正常且均衡的儿童、老人及孕妇，赖氨酸也不是滋补品；对骨骼发育已完成的青年人来说，赖氨酸更不是“增高素” 。过量服用赖氨酸有损肝脏。

关于赖氨酸能否促进生长激素释放问题，一直以来都是备受争议的话题，有些运动员在训练时使用赖氨酸作为促进肌肉生长的手段，然而，没有重要证据支持这种应用。

2007年由WHO/FAO/UNU专家委员会确定的赖氨酸需要量为30 mg·kg·d。WHO/FAO确定的婴幼儿、少年的赖氨酸需要量为(mg·kg·d)：1月龄(119)，2月龄(87)，3月龄(75)，4月龄(68), 6月龄(65)，1~2岁(45),3~10岁(35)，11~14岁(35)，15~18岁(33)。

蛋白质的食物中都含有赖氨酸，富含赖氨酸的食物为动物性食物（如畜禽类的瘦肉、鱼、虾、蟹、贝类、蛋类和乳制品）、豆类（包括大豆、杂豆及其制品）。此外，杏仁、榛子、花生仁、南瓜子仁等坚果中赖氨酸含量也比较多。谷类食物中赖氨酸含量很低，且易在加工过程中被破坏，因此是谷类的第一限制性氨基酸。

赖氨酸的生物合成途径与其他氨基酸不同，依微生物的种类而异。细菌的赖氨酸生物合成途径需要经过二氨基庚二酸（DAP)合成赖氨酸，酵母、霉菌的赖氨酸生物合成途径，需要经过α-氨基己二酸合成赖氨酸。同样是二氨基庚二酸合成赖氨酸途径，不同的细菌，赖氨酸生物合成的调节机制有所不同。赖氨酸产生菌主要为谷氨酸棒杆菌、北京棒杆菌、黄色短杆菌或乳糖发酵短杆菌等。与大肠杆菌不同，这些菌的天冬氨酸激酶不存在同工酶，而是单一地受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。因此在苏氨酸限量培养下，即使赖氨酸过剩，也能形成大量天冬氨酸半醛，由于产生菌失去了合成高丝氨酸的能力，使天冬氨酸半醛这个中间产物全部转入赖氨酸合成而大量生产赖氨酸。赖氨酸的两条合成途径——二氨基庚二酸途径以及α-氢基己二酸途径。二氨基庚二酸途径：细菌、蓝藻、高等植物合成赖氨酸属于这一合成途径，从天冬氨酸开始，转变为天冬氨酸半醛。再与丙酮酸缩合，再经几个步骤，其中包括与琥珀酰CoA缩合，产生L-2，6-二氨基庚二酸。二氨基庚二酸再经表异构作用，脱羧形成L-赖氨酸。α-氢基己二酸途径：酵母、链孢霉合成赖氨酸属于这一合成途径，它是乙酸的一个甲基碳同α-酮戊二酸缩合形成高柠檬酸，后者经氧化、脱羧产生2-酮己二酸，再经转氨作用产生2-氨基己二酸，还原即成为2-氨基己二酸半醛，再经脱氢等反应形成赖氨酸。

直接发酵法是常用的赖氨酸生产方法，产生赖氨酸的主要微生物有黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌、诺卡杆菌等，利用微生物发酵具有反应条件温和、能源消耗少、提取分离方便、可实现清洁生产等优点。生产碳源可为葡萄糖、醋酸、乙醇和右蜡，其转化率和产酸率也有所不同。主要的流程为：首先进行斜面接种并培养、发酵，再进行上柱交换、氨水洗脱、真空浓缩，接着调节pH值在5-6得到粗赖氨酸盐酸盐，最后进行重结晶、脱色精制得到精制的L-赖氨酸盐酸盐。

赖氨酸的两步发酵法中采用赖氨酸的前体二氨基庚二酸为原料，使用大肠杆菌的赖氨酸缺陷型菌株，由于缺少二氨基庚二酸脱羧酶不能生成赖氨酸，故积累了大量的二氨基庚二酸。然后再选用有二氨基庚二酸脱羧酶的产气杆菌或大肠杆菌，进行酶法脱羧而生成L-赖氨酸。

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