Lysine (viết tắt là Lys hoặc K) là một α-amino acid với công thức hóa học HOOCCH(NH₂)(CH₂)₄NH₂. Nó là một amino acid thiết yếu, nghĩa là cơ thể không thể tự tổng hợp được. Codon của lysine là AAA và AAG.

Lysine là một base giống như arginine và histidine. Nhóm ε-amino đóng vai trò liên kiết với H+. (Nhóm ε-amino là nhóm amino gắn với nguyên tử carbon thứ 5 tính từ nguyên tử carbon gắn với nhóm carboxyl C=OOH là α-carbon).)

Sự sửa đổi sau dịch mã liên quan đến lysine gồm sự methyl hóa nhóm ε-amino, tạo nên methyl-, dimethyl-, và trimethyllysine, trong đó chất thứ ba được tạo nên ở calmodulin, ngoài ra còn có sự acetyl hóa và ubiquitin hóa. Collagen chứa hydroxylysine, chất được tạo nên từ lysine nhờ enzym lysyl hydroxylase. Sự O-glycosyl hóa hydroxylysine xảy ra tại lưới nội chất hoặc bộ golgi được dùng để đánh dấu các protein được bài xuất ra khỏi tế bào.

Sinh tổng hợp

Do là một amino acid thiết yếu, lysine không được tổng hợp trong cơ thể động vật mà phải lấy từ thức ăn chứa lysine. Ở thực vật và vi sinh vật nó được tổng hợp từ axit aspartic (aspartate):

• L-aspartate được biến đổi thành L-aspartyl-4-phosphate nhờ aspartokinase (hay aspartate kinase). Phản ứng này cần ATP.
• β-Aspartate semialdehyde dehydrogenase biến đổi tiếp thành β-aspartyl-4-semialdehyde (hay β-aspartate-4-semialdehyde). Phản ứng này cần NADPH.
• Dihydrodipicolinate synthase thêm một nhóm pyruvate vào β-aspartyl-4-semialdehyde và loại bỏ hai phân tử nước, tạo nên 2,3-dihydrodipicolinate (phản ứng đóng vòng)
• Sản phẩm trên bị khử thành 2,3,4,5-tetrahydrodipicolinate (hay Δ¹-piperidine-2,6-dicarboxylate) nhờ dihydrodipicolinate reductase. Phản ứng này tiêu thụ một phân tử NADPH.
• Tetrahydrodipicolinate N-acetyltransferase mở vòng và tạo nên N-succinyl-L-2-amino-6-oxoheptanedionate (hay N-acyl-2-amino-6-oxopimelate). Phản ứng này sử dụng hai phân tử nước và một phân tử acyl-CoA (succinyl-CoA).
• N-succinyl-L-2-amino-6-oxoheptanedionate được biến đổi thành N-succinyl-LL-2,6-diaminoheptanedionate (N-acyl-2,6-diaminopimelate) nhờ sự xúc tác của enzym succinyl diaminopimelate aminotransferase. Phản ứng này cần một phân tử axit glutaric và sản phẩm phụ gồm một oxoacid.
• N-succinyl-LL-2,6-diaminoheptanedionate (N-acyl-2,6-diaminopimelate) được biến đổi thành LL-2,6-diaminoheptanedionate (L,L-2,6-diaminopimelate) nhờ diaminopimelate desuccinylase (acyldiaminopimelate deacylase). Phản ứng này dùng một phân tử nước và sản phẩm phụ là một phân tử succinate.
• LL-2,6-diaminoheptanedionate được biến đổi thành meso-2,6-diamino-heptanedionate (meso-2,6-diaminopimelate) nhờ diaminopimelate epimerase.
• Cuối cùng meso-2,6-diamino-heptanedionate được biến đổi thành L-lysine nhờ diaminopimelate decarboxylase.

Tập tin:Lysine Biosynthesis.png

Các enzym tham gia vào quá trình sinh tổng hợp trên gồm:

Aspartokinase

β-Aspartate semialdehyde dehydrogenase

Dihydropicolinate synthase

Δ¹-Piperidine-2,6-dicarboxylate dehydrogenase

N-succinyl-2-amino-6ketopimelate synthase

Succinyl diaminopimelate aminotransferase

Succinyl diaminopimelate desuccinylase

Diaminopimelate epimerase

Diaminopimelate decarboxylase.

Chuyển hóa

Lysine được chuyển hóa ở động vật có vú để tạo nên acetyl-CoA, đầu tiên phải trải qua phản ứng chuyển amin với α-cetoglutarate. Sự phân hủy lysine do vi khuẩn tạo nên cadaverine bằng phản ứng decarboxyl hóa.

Allysine là một đồng phân của lysine, được dùng trong phản ứng tổng hợp elastin và collagen. Nó được tổng hợp từ lysine nhờ enzyme lysyl oxidase ở chất nền ngoại bào và quan trọng trong việc tạo các cầu nối để làm bền vững collagen và elastin.

Tổng hợp

Sự tổng hợp hỗn hợp racemic của lysine đã được biết từ lâu. Trong thực tế người ta có thể tổng hợp lysine từ caprolactam. Trong công nghiệp, L-lysine được sản xuất bởi sự lên men của Corynebacterium glutamicum, sản lượng hơn 600.000 tấn một năm.

Nguồn cung cấp

Nhu cầu dinh dưỡng hằng ngày (miligam lysine trên 1 kilogam khối lượng cơ thể) là: trẻ sơ sinh (3–4 tháng) 103, trẻ em (2 tuổi) 64, trẻ em (10–12 tuổi) 60 đến 44, người lớn 12.. Các nguốn thức ăn giàu lysine gồm có trứng, thịt (nhất là thịt đỏ như thịt cừu, thịt gia cầm), đậu nành, pho mát, một vài loại cá.

Lysine là loại amino acid thiết yếu hiện diện với một lượng rất ít trong các loại thức ăn. Lysine có nhiều trong ngũ cốc, các loại đậu hạt.

Tính chất

L-Lysine là một thành phần quan trọng của tất cả các protein trong cơ thể. L-Lysine đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu calci; tạo cơ bắp; phục hồi sau chấn thương hay sau phẫu thuật; sự tổng hợp các hormone, enzym, và các kháng thể.

Sự sửa đổi

Lysine có thể được trải qua các phản ứng acetyl hóa, methyl hóa, ubiquitin hóa, sumoyl hóa, neddyl hóa, biotinyl hóa, pupyl hóa, và carboxyl hóa, cho phù hợp với chức năng của các protein có lysine là một thành phần cấu tạo.

Ý nghĩa lâm sàng

Người ta cho rằng lysine có thể giúp ích cho những người bị nhiễm herpes simplex. Tuy nhiên còn cần nhiều các nghiên cứu để chứng minh nhận định này. Lysine có tác dụng giải lo âu do tác động lên thụ thể serotonin ở ống tiêu hóa. Một nghiên cứu trên chuột thí nghiệm cho thấy sự kích thích quá mức các thụ thể 5-HT4 ở ruột có liên quan đến cơ chế sinh bệnh gây lo lắng. Lysine, là một chất đối vận của serotonin và do đó làm giảm tác dụng của các thụ thể trên, và làm giảm các triệu chứng lo lắng và lo lắng do tiêu chảy trên dân số thí nghiệm. Một nghiên cứu khác cho thấy sự thiếu hụt lysine dẫn tới sự tăng serotonin bệnh lý ở hạch hạnh nhân, một cấu trúc trong não tham gia vào sự điều hòa cảm xúc và đáp ứng đối với stress.

Các nghiên cứu trên người cũng cho thấy có sự liên quan giữa sự lo lắng và thiếu hụt lysine. Một nghiên cứu trên 93 gia đình ở Syria gần như chỉ ăn gạo và do đó bị thiếu hụt lysine cho thấy rằng, khi tăng cường các loại thức ăn giàu lysine thì các triệu chứng lo lắng giảm đi, lượng cortisol trong máu tăng lên, và tính đáp ứng của thụ thể benzodiazepine tăng lên (đích đến của các thuốc giải lo âu như Xanax và Ativan).

Lysine cũng cho nhiều hứa hẹn trong việc chữa trị ung thư, bằng cách kết hợp việc sử dụng thuốc với liệu pháp ánh sáng để tiêu diệt các tế bào ung thư mà không làm tổn lại đến các tế bào lành.

Điều đáng lưu ý là lysine khi kết hợp với dextroamphetamine sẽ tạo ra tiền thuốc lisdexamfetamine (Vyvanse). Trong ruột, lysine bị phân cắt ra từ dextroamphetamine, do đó mà thuốc có thể dùng được qua đường uống. Các nghiên cứu trên động vật cho thấy sự thiếu hụt lysine dẫn đến suy giảm miễn dịch. Cystine niệu là một nguyên nhân dẫn đến sự thiếu hụt lysine, trong đó nguyên nhân tiên phát là do sự suy giảm chức năng tái hấp thu các base hay các amino acid tích điện dương của gan, trong đó có lysine. Điều này cũng dẫn đến sự tạo sỏi cystine trong thận do sự giảm tái hấp thu các amino acid ở thận.

Một vài nghiên cứu cho thấy chế độ ăn giàu lysine hay được bổ sung L-lysine monoclorua có ảnh hưởng vừa phải đến huyến áp và tỉ lệ bị đột quỵ.

Sử dụng trong thức ăn chăn nuôi

Sản xuất thức ăn chăn nuôi chứa lysine là một ngành công nghiệp lớn của thế giới, sản lượng năm 2009 là 700.000 tấn với giá trị 1,22 tỉ euro. Lysine là một thành phần bổ sung quan trọng trong thức ăn chăn nuôi do nó là một amino acid có rất ít và rất quan trọng đến sự phát triển của nhiều loại vật nuôi cho thịt như heo, gà. Sự bổ sung lysine vào thức ăn cho phép sản xuất ra các loại thức ăn chăn nuôi rẻ tiền có nguồn gốc từ thực vật (bắp thay cho đậu nành) mà vẫn bảo đảm tỉ lệ tăng trưởng cao của vật nuôi, và hạn chế sự thải các sản phẩm chứa nitơ ra môi trường. Tuy nhiên sự thải các sản phẩm phosphat từ việc dùng ngô làm thức ăn cho heo và gia cầm lại làm tăng chi phí bảo vệ môi trường và việc hấp thụ không triệt để lượng lysine trong ngô làm lảng phí, năng cao chi phí.

Trong công nghiệp lysine được sản xuất từ sự lên men đường nhờ vi khuẩn. Các nghiên cứu di truyền hiện nay đang tìm kiếm các dòng vi khuẩn cho năng suất cao hơn và cho phép sản xuất lysine từ các nguồn khác nhau.