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赖氨酸的生理功能

发布日期:2019/4/2 11:52:05

背景及概述[1]

赖氨酸分子中含有两个氨基,一个羧基,呈碱性,属于碱性氨基酸,存在于蛋白质中的为L-型赖氨酸,是人体营养所必需。在动物蛋白质中含量较多。植物蛋白质中一般较少,难于满足人体生长发育的需要,由于赖氨酸的不足,常使食品中其它氨基酸的利用率降低。因此L-赖氨酸成为目前食品(饲料)中最重要的添加剂,而且谷物中L-赖氨酸的含量已成为评价谷类作用的重要标准。L-赖氨酸,无色晶体,熔点224.5℃(分解)。易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。目前大规模制备赖氨酸是采用发酵法。

结构

生理功能[2]

1)参与机体蛋白质的合成

赖氨酸作为机体必需氨基酸,参与体内骨骼肌、酶、血清蛋白、多肽激素等多种蛋白质的合成。早期的动物实验已证实,长期进食低赖氨酸饲料,会抑制大鼠的生长,降低大鼠血清白蛋白和β-球蛋白水平,肝脏蛋白质的合也受到抑制。为了研究赖氨酸对骨骼肌蛋白合成和降解的影响,有实验将5周龄大鼠分成5组并口服不同剂量赖氨酸,结果表明赖氨酸可以通过自噬体—溶酶体系统抑制部分肌纤维蛋白质降解,维持机体蛋白质的稳定。左云龙等对40名儿童进行了口服L-赖氨酸对小儿生长发育及营养影响的临床研究,结果显示,膳食中添加L-赖氨酸对儿童的身高、体重有明显升高作用,对血红蛋白、总蛋白、白蛋白可能也有一定的营养调节作用。

2)参与能量代谢

赖氨酸在体内参与肉碱的生物合成。肉碱在脂肪代谢中起着重要作用,是脂肪代谢的必需辅助因子,是脂肪酸β-氧化前几种酶的辅酶,能作为载体,以脂酰肉碱的形式将长链脂肪酸从线粒体膜外运送到线粒体膜内进行β-氧化产生能量;能以酰基肉碱的形式将线粒体内的短链酰基运到膜外,使线粒体内游离辅酶A的数量增加,从而激活了脂肪代谢。肉碱还能够保护线粒体呼吸链的完整性,促进机体的氧化供能。肉碱的合成需要赖氨酸、蛋氨酸、烟酸、维生素C、维生素B6和铁等必需营养素,由于赖氨酸是合成肉碱的前体物质之一,因此补充赖氨酸可以加快体内的脂肪代谢。

早期研究已发现,给大鼠喂饲低赖氨酸和无肉碱饲料,会导致大鼠出现脂肪肝、贫血、生长迟缓等现象,说明赖氨酸摄入不足会减少肉碱和脂蛋白的合成,从而导致过多甘油三酯在肝脏蓄积,出现脂肪肝。另一项研究表明,给大鼠饲料中添加适量赖氨酸,能够促进大鼠的生长、增加肌肉组织中肉碱的含量、减少组织中甘油三酯的水,说明赖氨酸在能量代谢中具有积极作用。赖氨酸具有极强的通过血脑屏障的功能,可直接进入脑组织,影响呼吸链,为神经细胞的修复和进行正常生理活动提供必要的能量来源。

3)促进矿物质的吸收和骨骼生长

赖氨酸可与钙、铁等矿物质元素螯合形成可溶性的小分子单体,促进这些矿物质元素的吸收。左云龙等在40名儿童的膳食中添加L-赖氨酸,使儿童的血锌、铁、铜、钙浓度有明显升高,说明赖氨酸可以促进这些矿物质元素的吸收。还有研究发现,脱发的妇女补充赖氨酸和铁,可使脱发减轻,说明赖氨酸能促进铁的吸收,从而改善因缺铁导致的脱发。骨骼的主要成分为胶原蛋白和钙磷等矿物质,胶原蛋白的合成、钙的吸收都需要赖氨酸的参与。胶原蛋白是骨骼的有机成分,其分子组成中含有赖氨酸和羟赖氨酸,赖氨酸参与胶原分子间的共价交联,羟赖氨酸参与胶原蛋白的糖基化修饰,这些赖氨酸参与的化学反应共同维持胶原蛋白强大的抗张力和韧性。

4)增强免疫功能

赖氨酸被认为是一种非特异性的桥分子,它能将抗原与T细胞相连,使T细胞产生针对抗原的特异效应。很多研究均已证实,膳食赖氨酸缺乏会减少细胞因子等蛋白质的合成,抑制淋巴细胞的增殖,损伤一些实验动物(如鸡等)的免疫应答反应,使感染造成的发病率和死亡率上升。动物实验结果还显示,饲料中赖氨酸含量不足会减少鸡体内的抗体产生,降低细胞介导的免疫应答反应。赖氨酸对人体的免疫系统也具有相似的作用,张更荣等的研究表明,食用强化赖氨酸面粉组的成年女性和儿童的T细胞总数(CD3)均明显高于对照组;强化赖氨酸组的成年男性IgG、补体C3、成年女性的IgM、儿童的IgG、IgM、IgA及补体C3均明显高于对照组,说明补充赖氨酸能改善人体的免疫功能。

5)治疗单纯疱疹病毒感染

研究还发现,补充赖氨酸能治疗单纯疱疹病毒感染。与宿主细胞合成的蛋白质相比,单纯疱疹病毒合成的蛋白质含有较多的精氨酸,而赖氨酸含量较低,说明精氨酸是单纯疱疹病毒复制的必需氨基酸。在体外组织培养中,赖氨酸能拮抗精氨酸对单纯疱疹病毒的促生长作用,说明赖氨酸具有拮抗精氨酸的功能。

应用[3]

当前赖氨酸广泛用于动物饲料添加剂、食品、医药健康、化工新材料等领域,其中90%赖氨酸被应用在饲料行业。在生猪、蛋鸡、鱼、虾等的饲料中添加赖氨酸作为饲料添加剂,能够显著促进食欲、促进生长。已有研究表明,赖氨酸是猪饲料的第一限制性氨基酸,是鸡禽类饲料的第二限制性氨基酸。营养学家认为,在食物中添加赖氨酸作为食品营养强化剂,可以提高儿童智力和体格发育、增强疫力,而对于老年人则可明显增加胃蛋白酶的分泌,使食欲增加。在医药上,赖氨酸主要作为各种输液配方的成分,此外,赖氨酸与亚铁化合物一起治疗贫血效果显著,也是利尿药的辅助治疗剂,对乙型肝炎、支气管炎等也有一定疗效。据报道,在四环素中添加赖氨酸可有效消除四环素在治疗中的副作用。

制备[4]

1)天冬氨酸途径

天冬氨酸途径又称二氨基庚二酸途径,此途径多存在细菌、绿藻、原虫和高等植物中,以天冬氨酸为起始物质,还可以合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。

2)α-氨基己二酸途径

α-氨基己二酸途径存在于酵母和霉菌中。酵母主要是酿酒酵母,霉菌主要是粗糙脉孢菌(Neursporacrassa)。

主要参考资料

[1] 中学教师实用化学辞典

[2] 赖氨酸生理功能的研究进展

[3] 赖氨酸工业发展的机遇与挑战

[4] 微生物产赖氨酸的研究进展