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賴氨酸分子中含有兩個氨基，一個羧基，呈堿性，屬于堿性氨基酸，存在于蛋白質中的為L-型賴氨酸，是人體營養所必需。在動物蛋白質中含量較多。植物蛋白質中一般較少，難于滿足人體生長發育的需要，由于賴氨酸的不足，常使食品中其它氨基酸的利用率降低。因此L-賴氨酸成為目前食品(飼料)中最重要的添加劑，而且谷物中L-賴氨酸的含量已成為評價谷類作用的重要標準。L-賴氨酸，無色晶體，熔點224.5℃(分解)。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。目前大規模制備賴氨酸是采用發酵法。
賴氨酸作為機體必需氨基酸，參與體內骨骼肌、酶、血清蛋白、多肽激素等多種蛋白質的合成。早期的動物實驗已證實，長期進食低賴氨酸飼料，會抑制大鼠的生長，降低大鼠血清白蛋白和β－球蛋白水平，肝臟蛋白質的合也受到抑制。為了研究賴氨酸對骨骼肌蛋白合成和降解的影響，有實驗將5周齡大鼠分成5組并口服不同劑量賴氨酸，結果表明賴氨酸可以通過自噬體—溶酶體系統抑制部分肌纖維蛋白質降解，維持機體蛋白質的穩定。左云龍等對40名兒童進行了口服L－賴氨酸對小兒生長發育及營養影響的臨床研究，結果顯示，膳食中添加L－賴氨酸對兒童的身高、體重有明顯升高作用，對血紅蛋白、總蛋白、白蛋白可能也有一定的營養調節作用。
賴氨酸在體內參與肉堿的生物合成。肉堿在脂肪代謝中起著重要作用，是脂肪代謝的必需輔助因子，是脂肪酸β－氧化前幾種酶的輔酶，能作為載體，以脂酰肉堿的形式將長鏈脂肪酸從線粒體膜外運送到線粒體膜內進行β－氧化產生能量；能以酰基肉堿的形式將線粒體內的短鏈酰基運到膜外，使線粒體內游離輔酶A的數量增加，從而激活了脂肪代謝。肉堿還能夠保護線粒體呼吸鏈的完整性，促進機體的氧化供能。肉堿的合成需要賴氨酸、蛋氨酸、煙酸、維生素C、維生素B6和鐵等必需營養素，由于賴氨酸是合成肉堿的前體物質之一，因此補充賴氨酸可以加快體內的脂肪代謝。
早期研究已發現，給大鼠喂飼低賴氨酸和無肉堿飼料，會導致大鼠出現脂肪肝、貧血、生長遲緩等現象，說明賴氨酸攝入不足會減少肉堿和脂蛋白的合成，從而導致過多甘油三酯在肝臟蓄積，出現脂肪肝。另一項研究表明，給大鼠飼料中添加適量賴氨酸，能夠促進大鼠的生長、增加肌肉組織中肉堿的含量、減少組織中甘油三酯的水，說明賴氨酸在能量代謝中具有積極作用。賴氨酸具有極強的通過血腦屏障的功能，可直接進入腦組織，影響呼吸鏈，為神經細胞的修復和進行正常生理活動提供必要的能量來源。
賴氨酸可與鈣、鐵等礦物質元素螯合形成可溶性的小分子單體，促進這些礦物質元素的吸收。左云龍等在40名兒童的膳食中添加L－賴氨酸，使兒童的血鋅、鐵、銅、鈣濃度有明顯升高，說明賴氨酸可以促進這些礦物質元素的吸收。還有研究發現，脫發的婦女補充賴氨酸和鐵，可使脫發減輕，說明賴氨酸能促進鐵的吸收，從而改善因缺鐵導致的脫發。骨骼的主要成分為膠原蛋白和鈣磷等礦物質，膠原蛋白的合成、鈣的吸收都需要賴氨酸的參與。膠原蛋白是骨骼的有機成分，其分子組成中含有賴氨酸和羥賴氨酸，賴氨酸參與膠原分子間的共價交聯，羥賴氨酸參與膠原蛋白的糖基化修飾，這些賴氨酸參與的化學反應共同維持膠原蛋白強大的抗張力和韌性。
賴氨酸被認為是一種非特異性的橋分子，它能將抗原與T細胞相連，使T細胞產生針對抗原的特異效應。很多研究均已證實，膳食賴氨酸缺乏會減少細胞因子等蛋白質的合成，抑制淋巴細胞的增殖，損傷一些實驗動物(如雞等)的免疫應答反應，使感染造成的發病率和死亡率上升。動物實驗結果還顯示，飼料中賴氨酸含量不足會減少雞體內的抗體產生，降低細胞介導的免疫應答反應。賴氨酸對人體的免疫系統也具有相似的作用，張更榮等的研究表明，食用強化賴氨酸面粉組的成年女性和兒童的T細胞總數(CD3)均明顯高于對照組；強化賴氨酸組的成年男性IgG、補體C3、成年女性的IgM、兒童的IgG、IgM、IgA及補體C3均明顯高于對照組，說明補充賴氨酸能改善人體的免疫功能。
研究還發現，補充賴氨酸能治療單純皰疹病毒感染。與宿主細胞合成的蛋白質相比，單純皰疹病毒合成的蛋白質含有較多的精氨酸，而賴氨酸含量較低，說明精氨酸是單純皰疹病毒復制的必需氨基酸。在體外組織培養中，賴氨酸能拮抗精氨酸對單純皰疹病毒的促生長作用，說明賴氨酸具有拮抗精氨酸的功能。
當前賴氨酸廣泛用于動物飼料添加劑、食品、醫藥健康、化工新材料等領域，其中90%賴氨酸被應用在飼料行業。在生豬、蛋雞、魚、蝦等的飼料中添加賴氨酸作為飼料添加劑，能夠顯著促進食欲、促進生長。已有研究表明，賴氨酸是豬飼料的第一限制性氨基酸，是雞禽類飼料的第二限制性氨基酸。營養學家認為，在食物中添加賴氨酸作為食品營養強化劑，可以提高兒童智力和體格發育、增強疫力，而對于老年人則可明顯增加胃蛋白酶的分泌，使食欲增加。在醫藥上，賴氨酸主要作為各種輸液配方的成分，此外，賴氨酸與亞鐵化合物一起治療貧血效果顯著，也是利尿藥的輔助治療劑，對乙型肝炎、支氣管炎等也有一定療效。據報道，在四環素中添加賴氨酸可有效消除四環素在治療中的副作用。
天冬氨酸途徑又稱二氨基庚二酸途徑，此途徑多存在細菌、綠藻、原蟲和高等植物中，以天冬氨酸為起始物質，還可以合成蘇氨酸、蛋氨酸和異亮氨酸。
α-氨基己二酸途徑存在于酵母和霉菌中。酵母主要是釀酒酵母，霉菌主要是粗糙脈孢菌（Neursporacrassa）。
[1] 中學教師實用化學辭典
[2] 賴氨酸生理功能的研究進展
[3] 賴氨酸工業發展的機遇與挑戰
[4] 微生物產賴氨酸的研究進展