Lizyna należy do aminokwasów niezbędnych, które muszą być dostarczane z pokarmem. W organizmie pełni funkcje budulcowe oraz regulatorowe. Znana jest ze swojego działania wspomagającego leczenie i profilaktykę opryszczki, a także z właściwości wspierających odporność na stres.
Lizyna funkcjonuje w literaturze naukowej, dokumentacji farmaceutycznej oraz piśmiennictwie branżowym pod wieloma nazwami. Poniżej zestawiono oficjalne oznaczenia stosowane w różnych kontekstach językowych i klasyfikacyjnych.
Lizyna została po raz pierwszy wyizolowana w 1889 roku z białka mleka, kazeiny, przez niemieckiego chemika Ferdinanda Heinricha Edmunda Drechsela. On też nadał nazwę temu aminokwasowi. Kilkanaście lat później, w 1902 roku, Emil Fischer i Fritz Weigert, również niemieccy chemicy, po raz pierwszy dokonali jej syntezy i ustalili strukturę jej cząsteczki. Lizyna występuje w postaci dwóch izomerów optycznych – L- i D-lizyny – z których tylko L-lizyna jest wykorzystywana przez organizmy żywe.
Lizyna jest wytwarzana przez organizmy prokariotyczne, protisty, rośliny, niektóre gatunki drożdży i grzyby wyższe. Dla organizmów zwierzęcych jest to więc aminokwas egzogenny, który musi być dostarczany wraz z pożywieniem.
L-lizyna jest wykorzystywana w różnych gałęziach przemysłu, w tym w żywieniu zwierząt, przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Zapotrzebowanie nań wciąż wzrasta – w 2001 roku wynosiło 550 000 ton, zaś w 2009 roku już ponad 1 000 000 ton. Produkcję tego aminokwasu na skalę przemysłową rozpoczęto w 1978 roku, w Japonii. Wykorzystywano wówczas hodowlę bakterii Corynebacterium glutamicum na podłożu zawierającym węglowodany z buraków i trzciny cukrowej. Sposób ten, określany mianem fermentacji, obok syntezy enzymatycznej należy do biotechnologicznych metod wytwarzania L-lizyny. Oprócz nich istnieją też inne możliwości jej wytwarzania: ekstrakcja, dziś nie stosowana, oraz synteza chemiczna, w rezultacie której otrzymuje się racemiczną mieszaninę obu enancjomerów tego aminokwasu. Obecnie najczęściej stosuje się metodę fermentacji.
Pod względem chemicznym lizyna należy do aminokwasów alifatycznych, w których cząsteczkach nie występują pierścienie. Zaliczana jest również do aminokwasów wielozasadowych, wraz z argininą, cysteiną i ornityną, gdyż w jej cząsteczce występują dwie grupy zasadowe. Dla człowieka jest aminokwasem niezbędnym, którego organizm nie potrafi sam wytworzyć, ale który jest potrzebny do jego prawidłowego funkcjonowania. Jest to jeden z aminokwasów białkowych, kodowany przez kodony AAA i AAG.
W ludzkim organizmie lizyna pełni wiele istotnych funkcji. Odgrywa rolę mikroelementu, nutraceutyku, a nawet leku przeciwdrgawkowego. Jest wykorzystywana do produkcji białek, głównie w mięśniach i kościach, a także do budowy kolagenu. Bierze również udział w wytwarzaniu hormonów, przeciwciał i enzymów. Wykazano, że wspomaga działanie układu odpornościowego w walce z infekcjami. Wpływa też na pracę ośrodkowego układu nerwowego i pomaga zwiększyć odporność na stres.
Za dobre źródła pokarmowe lizyny uważane są produkty, w których aminokwas ten stanowi min. 5,1% białka. Należą do nich:
Chlorowodorek lizyny (Lysine HCl), często stosowany jako suplement diety, zawiera ok. 80% czystej lizyny.
Wyniki licznych badań naukowych pozwoliły potwierdzić, że lizyna bierze udział w regulacji pracy ośrodkowego układu nerwowego. Wykazano, że u zwierząt doświadczalnych dieta z niedostateczną ilością tego aminokwasu powoduje nasilenie niepokoju w odpowiedzi na stres. Jego suplementacja z kolei przyczynia się do objawów stresu, takich jak poziom kortykosteronu w osoczu, mierzonych podczas testu podniesionego labiryntu krzyżowego.
Podobny efekt można zaobserwować także u ludzi, w których diecie brakuje produktów wysokobiałkowych, w tym tych, które pozwalają zaspokoić zapotrzebowanie na lizynę. W 3003 roku przeprowadzono trzymiesięczne badanie z udziałem ochotników z 48 gospodarstw domowych, żyjących w pięciu wioskach w dolinie Khanasser, na terenie północno-zachodniej Syrii. Jest to obszar półpustynny, na którym uprawiane są głównie jęczmień i pszenica. Zboża te, ubogie w lizynę, dostarczają ok. 65% białka w diecie mieszkańców. Przez okres trzech miesięcy ochotnicy spożywali mąkę pszenną wzbogaconą w lizynę. Po tym czasie zaobserwowano obniżenie poziomu kortyzolu w osoczu krwi u kobiet oraz zmniejszenia pobudzenia współczulnego u mężczyzn. Mężczyźni wykazywali również wykazywali mniejsze natężenie symptomów świadczących o odczuwaniu lęku. Analiza wyników pozwoliła stwierdzić, że zwiększenie udziału lizyny w diecie umożliwiło redukcję zarówno ostrej, jak i przewlekłej odpowiedzi na stres. Obserwowane efekty były związane m.in. z hamowaniem czynności osi podwzgórze-przysadka-nadnercza (ang. hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA) i redukcją wydzielania kortyzolu.
W innym badaniu, przeprowadzonym w Japonii z udziałem 109 zdrowych osób dorosłych, wykorzystano mieszaninę L-lizyny i L-argininy. Ochotnicy przyjmowali po 2,64 g każdego z tych aminokwasów dziennie przez okres jednego tygodnia. Również i w tym przypadku wyniki świadczyły o tym, że suplementacja pozwoliła obniżyć poziom biomarkerów stresu, takich jak poziom kortyzolu i chromograniny A w ślinie. W kolejnym, mniejszym badaniu, z udziałem 29 ochotników, wykazano, że dziesięciodniowa suplementacja 3 g mieszaniny L-lizyny i L-argininy pomogła zmodyfikować odpowiedź hormonalną na psychologiczny stres i zmniejszyć poziom odczuwanego lęku, czego nie zaobserwowano w przypadku placebo.
Wyniki badań naukowych wykazały, że L-lizyna działa w ośrodkowym układzie nerwowym jako modulator receptora GABA-A. Udowodniono, że podana wraz z diazepamem, zwiększa jego aktywność przeciwko napadom wywołanym pentylenetetrazolem. Odbywa się to poprzez zwiększenie powinowactwa receptora benzodiazepinowego i ułatwienie wiązania do niego jego ligandów. Sama lizyna również była w stanie opóźnić pojawienie się wywołanych farmakologicznie epizodów drgawkowych.
Udowodniono również, że lizyna wpływa na neuroprzekaźnictwo serotoninergiczne, zmieniając aktywność neurotransmisji za pośrednictwem receptorów 5-HT4. Występują one w obrębie układu nerwowego, a także w przewodzie pokarmowym, sercu, nadnerczach i pęcherzu moczowym. Ich pobudzenie wiąże się z reakcją na silny stres, ułatwiając reakcje behawioralne, żołądkowo-jelitowe i sercowo-naczyniowe. Wykazano, że antagoniści tych receptorów nie wpływają na funkcje fizjologiczne, ale jednocześnie osłabiają zaburzenia, np. ze strony przewodu pokarmowego, występujące w następstwie ekspozycji na stres. U szczurów, którym podawano doustnie ten aminokwas, obserwowano zmniejszenie intensywności niepokoju i biegunki w odpowiedzi na bodźce stresowe. Analiza otrzymanych wyników pozwoliła stwierdzić, że L-lizyna działa jako częściowy antagonista receptorów 5-HT4.
W badaniu z wykorzystaniem hodowli in vitro ludzkich komórek kory nadnerczy stwierdzono, że dodatek L-lizyny w pożywce hamuje produkcję aldosteronu, indukowaną przez agonistów receptorów 5-HT4. Sprawdzono również czy podobny efekt można zaobserwować in vivo. W tym celu 20 zdrowych ochotników przyjmować doustnie 4,95 g dziennie L-lizyny lub placebo. Analiza wyników wykazała, że aminokwas ten nie wpływał na podstawowy poziom aldosteronu. Jednocześnie zanotowano, iż znacząco zmniejszał on wzrost poziomu tego hormonu po podaniu metoklopramidu. Stanowi to potwierdzenie faktu, iż lizyna działa in vivo jako antagonista receptora 5-HT4 i sugeruje, że może być stosowana w terapii schorzeń, w których nadmierne wytwarzanie kortykosteroidów spowodowane jest przez nadekspresję tego receptora.
Wyniki badań naukowych wskazują na to, że lizyna uczestniczy w produkcji de novo glutaminianu. Aminokwas ten pełni rolę głównego neuroprzekaźnika pobudzającego. Jest bardzo istotny dla prawidłowych zdolności poznawczych i bierze udział w procesie długotrwałego pobudzenia synaptycznego (LTP, ang. long-term potentiation), stanowiącego podstawę uczenia się. Główną ścieżką degradacji lizyny w komórkach ssaków jest szlak sacharopiny. Zachodzi on w kilku etapach, z których dwa początkowe prowadzą do powstania glutaminianu. W pierwszym etapie enzym reduktaza oksoglutaranu lizyny (LOR) łączy cząsteczkę lizyny z cząsteczką alfa-glutaranu, prowadząc do utworzenia sacharopiny. Następnie dehydrogenaza sacharopiny (SDH) rozkłada ją na cząsteczkę semialdehydu 2-aminoadipinowego, ulegającego dalszym przemianom, i cząsteczkę glutaminianu. Udowodniono, iż ten łańcuch metaboliczny zachodzi w wielu tkankach ssaków, w tym w wątrobie i nerkach, a także w ośrodkowym układzie nerwowym szczura. Ze względu na to, iż lizyna obficie występuje w ośrodkowym układzie nerwowym ssaków, naukowcy przypuszczają, iż przedstawiona ścieżka może być drogą syntezy glutaminianu w tym obszarze.
Wyniki licznych badań naukowych wskazują na to, że lizyna jest w stanie zahamować namnażanie się wirusa opryszczki wargowej (HSV-1). Mechanizm, który prowadzi do tego efektu, opiera się na podobieństwie strukturalnym cząsteczek lizyny i argininy. Drugi z tych aminokwasów jest niezbędny do prawidłowego namnażania się HSV jako substancja odżywcza. Wysoka podaż lizyny, przy jednoczesnym zmniejszeniu stężenia argininy, jest więc w stanie znacznie spowolnić wzrost HSV-1.
Wpływ lizyny na HSV-1 zbadano w hodowli tkankowej. Otrzymane w ten sposób wyniki świadczyły o skuteczności tego aminokwasu w hamowaniu wzrostu wirusa. Efekt ten został potwierdzony podczas testów klinicznych. Wykazano w nich, że dobowa dawka 3 000 mg lizyny jest w stanie przyspieszyć gojenie się zmian skórnych wywołanych przez HSV-1. Mniejsze ilości okazały się natomiast wystarczające, aby zapobiec nawrotom opryszczki lub zmniejszyć częstotliwość jej występowania.
Zmniejszenie wchłaniania wapnia i nasilenie jego wydalania wraz z moczem przyczynia się do utraty masy kostnej. Grupę szczególnie narażoną stanowią kobiety po okresie menopauzy. Wypłukiwanie wapnia z kości prowadzi do ich osłabienia i do zwiększenia podatności na złamania. Wyniki badań naukowych potwierdziły, że L-lizyna jest w stanie zwiększyć biodostępność wapnia i poprawia wchłanianie tego minerału z przewodu pokarmowego. W jednym z testów klinicznych podawano 3 000 mg wapnia i 400 mg lizyny lub placebo kobietom zdrowym i chorującym na osteoporozę. W obu grupach zaobserwowano wzrost poziomu wapnia w osoczu krwi. W grupie otrzymującej placebo zanotowano jednak zwiększone stężenie tego minerału w moczu, czego nie obserwowano u osób przyjmujących L-lizynę. Fakt ten świadczy o tym, że aminokwas ten dodatkowo pomaga zatrzymać wapń w organizmie, gdzie może zostać wykorzystany do wzmocnienia tkanki kostnej.
Lizyna jest aminokwasem niezbędnym do wydajnej produkcji kolagenu – najbardziej rozpowszechnionego białka strukturalnego u kręgowców. Nadaje on elastyczność skórze, a także wzmacnia kości i buduje chrząstki stawowe. Zbyt niska zawartość lizyny osłabia produkcję kolagenu. Suplementacja tego aminokwasu nie tylko pomaga w produkcji tego białka, ale również zapobiega jego nadmiernemu rozkładnaniu.
Wykazano, że L-lizyna, w przeciwieństwie do drugiego izomeru, D-lizyny, wykazuje pozytywny efekt inotropowy w komórkach serca ssaków. Efekt ten został potwierdzony z wykorzystaniem kardiomiocytów izolowanych z komory serca myszy oraz beleczek mięśniowych pobranych od pacjentów z chorobą wieńcową podczas zabiegu chirurgicznego. Inkubacja w pożywce zawierającej L-lizynę spowodowała zwiększenie siły skurczu tych komórek. Naukowcy przypuszczają, że aminokwas ten może być przydatny jako wsparcie leczenia podtrzymującego sprawność serca.
Udowodniono, że lizyna może wpływać na poziom glukozy w osoczu krwi poprzez oddziaływanie na regulujące ten parametr hormony: insulinę i glukagon. Podczas testu klinicznego suplementacja lizyny skutkowała obniżeniem stężenia glukozy we krwi na czczo, a także zwiększyła poziom insuliny i glukagonu.
Lizyna jest aminokwasem egzogennym, w związku z czym stanowi czynnik limitujący dla rozwoju mięśni. Wyniki licznych badań wykazały, że jej niedobór w diecie skutkuje spadkiem lub niewłaściwym przyrostem masy mięśniowej, zarówno u zwierząt, jak i u ludzi. Udowodniono również, że aminokwas ten pełni nie tylko funkcję budulcową, lecz także regulacyjną. W testach klinicznych potwierdzono, że jego suplementacja, szczególnie w połączeniu z argininą, stymuluje uwalnianie somatotropiny (hormonu wzrostu). Hormon ten wykazuje działania anaboliczne i stymuluje budowę masy mięśniowej, a także regenerację organizmu, np. po intensywnym wysiłku.
