Lysin

Lysine (viết tắt là Lys hoặc K) là một α-amino acid với công thức HOOCCH(NH₂)(CH₂)₄NH₂. Đây là một amino acid thiết yếu mà cơ thể không thể tự sản xuất. Codon của lysine là AAA và AAG.

Lysine thuộc nhóm base tương tự như arginine và histidine. Nhóm ε-amino có khả năng liên kết với H+. (Nhóm ε-amino là nhóm amino gắn với carbon thứ năm tính từ carbon mang nhóm carboxyl C=OOH, được gọi là α-carbon).

Quá trình sửa đổi sau dịch mã liên quan đến lysine bao gồm việc methyl hóa nhóm ε-amino, tạo ra các dạng methyl-, dimethyl-, và trimethyllysine, trong đó trimethyllysine xuất hiện ở calmodulin. Ngoài ra, còn có sự acetyl hóa và ubiquitin hóa. Collagen chứa hydroxylysine, sản phẩm của lysine nhờ enzym lysyl hydroxylase. Sự O-glycosyl hóa hydroxylysine xảy ra tại lưới nội chất hoặc bộ Golgi để đánh dấu các protein được bài xuất ra khỏi tế bào.

Sản xuất

Lysine là một amino acid thiết yếu không được cơ thể động vật tự tổng hợp, vì vậy phải được cung cấp qua thực phẩm. Trong thực vật và vi sinh vật, lysine được tổng hợp từ axit aspartic (aspartate):

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

Các enzym liên quan đến quá trình tổng hợp lysine bao gồm:

1. Aspartokinase
2. β-Aspartate semialdehyde dehydrogenase
3. Dihydropicolinate synthase
4. Δ-Piperidine-2,6-dicarboxylate dehydrogenase
5. N-succinyl-2-amino-6ketopimelate synthase
6. Succinyl diaminopimelate aminotransferase
7. Succinyl diaminopimelate desuccinylase
8. Diaminopimelate epimerase
9. Diaminopimelate decarboxylase.

Chuyển hóa

Lysine được chuyển hóa trong cơ thể động vật có vú để tạo ra acetyl-CoA, bắt đầu bằng phản ứng chuyển amin với α-cetoglutarate. Vi khuẩn phân hủy lysine tạo ra cadaverine thông qua phản ứng decarboxyl hóa.

Allysine, một đồng phân của lysine, đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp elastin và collagen. Nó được tổng hợp từ lysine nhờ enzyme lysyl oxidase tại chất nền ngoại bào và giúp tạo các cầu nối vững chắc cho collagen và elastin.

Quá trình tổng hợp

Từ lâu người ta đã biết đến việc tổng hợp hỗn hợp racemic của lysine. Thực tế, lysine có thể được tổng hợp từ caprolactam. Trong ngành công nghiệp, L-lysine được sản xuất qua quá trình lên men với vi khuẩn Corynebacterium glutamicum, với sản lượng hơn 600.000 tấn mỗi năm.

Nguồn gốc cung cấp

Nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày về lysine (tính theo miligram trên mỗi kilogam trọng lượng cơ thể) là: trẻ sơ sinh (3–4 tháng tuổi) cần 103 mg, trẻ em (2 tuổi) cần 64 mg, trẻ em (10–12 tuổi) cần từ 60 đến 44 mg, và người lớn cần 12 mg. Các nguồn thực phẩm giàu lysine bao gồm trứng, thịt (đặc biệt là thịt đỏ như thịt cừu và thịt gia cầm), đậu nành, pho mát, và một số loại cá.

Lysine là một amino acid thiết yếu với lượng rất nhỏ trong nhiều loại thực phẩm. Lysine phong phú nhất trong các loại ngũ cốc và đậu hạt.

Đặc điểm

L-Lysine là một thành phần không thể thiếu trong tất cả các loại protein của cơ thể. Nó có vai trò quan trọng trong việc hấp thu canxi, xây dựng cơ bắp, phục hồi sau chấn thương hoặc phẫu thuật, và tổng hợp hormone, enzym, cũng như các kháng thể.

Điều chỉnh

Lysine có thể trải qua nhiều phản ứng hóa học như acetyl hóa, methyl hóa, ubiquitin hóa, sumoyl hóa, neddyl hóa, biotinyl hóa, pupyl hóa và carboxyl hóa, tùy thuộc vào chức năng của các protein mà lysine tham gia cấu thành.

Ý nghĩa lâm sàng

Lysine được cho là có tác dụng hỗ trợ điều trị herpes simplex, nhưng vẫn cần thêm nghiên cứu để xác nhận. Nó cũng giúp giảm lo âu bằng cách tác động lên thụ thể serotonin trong hệ tiêu hóa. Một nghiên cứu trên chuột cho thấy sự kích thích quá mức các thụ thể 5-HT4 ở ruột liên quan đến lo âu, và lysine, với vai trò là đối vận serotonin, làm giảm tác động của các thụ thể này, từ đó giảm lo âu và các triệu chứng tiêu chảy ở chuột. Một nghiên cứu khác cho thấy thiếu lysine có thể dẫn đến tăng mức serotonin bất thường ở hạch hạnh nhân, một cấu trúc não điều chỉnh cảm xúc và đáp ứng stress.

Các nghiên cứu trên người cũng cho thấy mối liên hệ giữa lo âu và thiếu lysine. Một nghiên cứu ở 93 gia đình tại Syria, nơi chủ yếu ăn gạo và thiếu lysine, cho thấy việc bổ sung thực phẩm giàu lysine làm giảm triệu chứng lo âu, tăng lượng cortisol trong máu và cải thiện đáp ứng của thụ thể benzodiazepine (đích của thuốc giải lo âu như Xanax và Ativan).

Lysine cũng hứa hẹn trong việc điều trị ung thư, bằng cách kết hợp thuốc với liệu pháp ánh sáng để tiêu diệt tế bào ung thư mà không gây hại cho các tế bào khỏe mạnh.

Lysine, khi kết hợp với dextroamphetamine, sẽ tạo ra tiền chất lisdexamfetamine (Vyvanse). Trong dạ dày, lysine được giải phóng từ dextroamphetamine, cho phép thuốc có thể được uống. Nghiên cứu trên động vật cho thấy thiếu lysine có thể dẫn đến suy giảm hệ miễn dịch. Cystine niệu là một trong những nguyên nhân gây thiếu lysine, thường do giảm khả năng tái hấp thu các base hoặc amino acid tích điện dương của gan, bao gồm lysine. Điều này cũng dẫn đến sự hình thành sỏi cystine trong thận do giảm tái hấp thu các amino acid ở thận.

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng chế độ ăn giàu lysine hoặc bổ sung L-lysine monoclorua có thể ảnh hưởng một cách nhẹ nhàng đến huyết áp và nguy cơ đột quỵ.

Ứng dụng trong ngành chăn nuôi

Ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi chứa lysine là một lĩnh vực lớn trên toàn cầu, với sản lượng đạt 700.000 tấn vào năm 2009 và giá trị 1,22 tỷ euro. Lysine là một thành phần bổ sung quan trọng trong thức ăn chăn nuôi, vì nó là một amino acid quý hiếm và thiết yếu cho sự phát triển của nhiều loại vật nuôi như heo, gà. Việc bổ sung lysine vào thức ăn cho phép sản xuất thức ăn chăn nuôi giá rẻ từ thực vật (như dùng bắp thay vì đậu nành) mà vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng cao của vật nuôi và giảm lượng chất thải nitơ ra môi trường. Tuy nhiên, việc thải phosphat từ việc sử dụng ngô làm thức ăn cho heo và gia cầm làm tăng chi phí bảo vệ môi trường, và sự hấp thu không hoàn toàn lysine trong ngô làm lãng phí và tăng chi phí.

Trong ngành công nghiệp, lysine được sản xuất qua quá trình lên men đường với sự giúp đỡ của vi khuẩn. Các nghiên cứu di truyền hiện đang tìm kiếm các dòng vi khuẩn với năng suất cao hơn và khả năng sản xuất lysine từ các nguồn khác nhau.

• Acetyllysine
• Phản ứng khử amin
• Saccharopine