亮氨酸（Leucine，縮寫Leu），是人體必需氨基酸之一，從成年人體營(yíng)養(yǎng)需求來(lái)說(shuō)，是指成年人體生理所必需，體內(nèi)無(wú)法合成而必須由食物提供。分子式為C6H13NO2，外觀為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，無(wú)臭。密度為1.293g/cm3（18°C時(shí)），溶解度為21.5g/L（25°C時(shí)），在水中略溶，在甲酸中易溶，不溶于三氯甲烷和甲醇，乙醇中微溶。亮氨酸有L、D兩種構(gòu)型，用投影式書寫時(shí)，羧基在上，R基團(tuán)在下，-NH2在左邊的屬L-氨基酸，而-NH2在右邊的為D-氨基酸。
L-亮氨酸存在于蛋白質(zhì)中，并且在玉米麩質(zhì)及動(dòng)物血粉中含量最為豐富，也可以在牛奶、麥芽、雞蛋、奶酪、豬肉和糙米、豆類、堅(jiān)果和大豆粉等富含亮氨酸的食物中獲取，平時(shí)可以通過(guò)以上食物補(bǔ)充亮氨酸。亮氨酸主要的生理作用包括增加和保護(hù)肌肉，控制血糖，并為肌肉提供代謝能量的工作，組成神經(jīng)肽以及神經(jīng)遞質(zhì)，可以產(chǎn)生鎮(zhèn)定和減痛的效果，此外，它還能促進(jìn)腸道生長(zhǎng)發(fā)育及功能的完善，并且是支鏈氨基酸中最強(qiáng)的胰島素促分泌劑之一。同時(shí)，亮氨酸還能提高生長(zhǎng)激素的產(chǎn)量以及幫助燃燒內(nèi)臟脂肪。
亮氨酸主要應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)和化妝品領(lǐng)域。在醫(yī)藥領(lǐng)域，亮氨酸及其衍生物在醫(yī)藥上可用作營(yíng)養(yǎng)劑、代謝改良劑及搭配特殊膳食；食品工業(yè)中亮氨酸可做骨關(guān)節(jié)補(bǔ)充劑；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，水產(chǎn)動(dòng)物飼料中協(xié)同添加亮氨酸可能產(chǎn)生更高的應(yīng)用價(jià)值，如促進(jìn)魚的生長(zhǎng)、提高魚體免疫力等，若對(duì)農(nóng)作物使用含有L-亮氨酸的氨基酸肥料，可以增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)；在化妝品應(yīng)用中使用L-亮氨酸及其衍生物可以達(dá)到延緩皮膚衰老，嫩化肌膚的作用。
發(fā)現(xiàn)歷史
19世紀(jì)到20世紀(jì)中葉是發(fā)現(xiàn)和研究各種營(yíng)養(yǎng)素的鼎盛時(shí)期，人類發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化物、礦物質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)素及其生理作用。這時(shí)期營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究出現(xiàn)了飛躍。
1820年，布拉康諾特（Braconnot）在明膠、羊毛和肌肉的水解物中發(fā)現(xiàn)亮氨酸。20世紀(jì)中期，根據(jù)人體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，亮氨酸、纈氨酸等8種必需氨基酸被確認(rèn)。
亮氨酸曾因是白色結(jié)晶被稱為白氨酸，其是最先從奶酪中分離得到的一種支鏈氨基酸。
來(lái)源
食物來(lái)源
亮氨酸存在于蛋白質(zhì)中，并且在玉蜀黍?qū)?/a>麩質(zhì)及動(dòng)物血粉中含量最為豐富。亮氨酸是人與動(dòng)物自身不能合成而必須依賴外源供給的人體必需氨基酸之一，是哺乳綱的必需氨基酸和生生糖氨基酸。
亮氨酸可以在牛奶、麥芽、雞蛋、奶酪、豬肉和糙米、豆類、堅(jiān)果和大豆粉等富含亮氨酸的食物中獲取。
膳食建議
美國(guó)國(guó)家科學(xué)院（National?Academy?of?Sciences）?對(duì)支鏈氨基酸建立了每日最低需求量如下：嬰兒所需亮氨酸135mg/kg；10~12歲的兒童所需亮氨酸42mg/kg；成年人所需亮氨酸16mg/kg，70kg體重的成年男性每日所需亮氨酸1042mg。
支鏈氨基酸每日最低的需求量，約占必需氨基酸的40%。據(jù)美國(guó)威斯康星大學(xué)（University of Wisconsin）的哈珀（Harper）等的研究，這些支鏈氨基酸在每日攝取的必需氨基酸數(shù)量中要占50%以上。
生理作用
生物學(xué)功能
維持機(jī)體健康
在組織中，亮氨酸在組成機(jī)體蛋白質(zhì)氨基酸含量中高達(dá)8%。在肌肉中亮氨酸是第四位高濃度的氨基酸，主要會(huì)在肌肉中被用，承擔(dān)著增加和保護(hù)肌肉，并為肌肉提供代謝能量的工作。當(dāng)身體出現(xiàn)嚴(yán)重壓力和應(yīng)激狀況時(shí)，支鏈氨基酸成為肌肉中能量的重要來(lái)源和制造者，是合成代謝反應(yīng)中的主要能量來(lái)源，可以幫助合成復(fù)雜的合成物、刺激蛋白質(zhì)合成、提高氨基酸的重組利用和減少壓力引起的蛋白質(zhì)降解。此外，亮氨酸是禁食狀態(tài)下唯一可以代替葡萄糖的氨基酸，是身體熱量和能量的重要來(lái)源。
在大腦中支鏈氨基酸的作用是組成神經(jīng)肽以及神經(jīng)遞質(zhì)，可以產(chǎn)生鎮(zhèn)定和減痛的效果。
亮氨酸可以促進(jìn)腸道生長(zhǎng)發(fā)育及功能的完善，可以延緩衰老和治療肝臟纖維化，阻礙細(xì)胞周期，保障胎兒正常發(fā)育，促進(jìn)泌乳量，提高乳品質(zhì)，還可以在疾病情況下，提高骨骼肌合成、延緩骨骼肌群流失及緩解體重下降等生物學(xué)功能。
參與胰島素分泌
亮氨酸是支鏈氨基酸中最強(qiáng)的胰島素促分泌劑之一，急性亮氨酸作用可促進(jìn)胰島β細(xì)胞胰島素分泌。無(wú)論在嚙齒動(dòng)物還是人體內(nèi)，急性亮氨酸作用均可提高胰島素分泌水平。
急性亮氨酸刺激胰島素分泌涉及兩個(gè)方面：其一，亮氨酸可通過(guò)代謝作用而促進(jìn)胰島素分泌。其二，亮氨酸可別構(gòu)激活谷氨酸脫氫酶（谷氨酸鹽 Dehydrogenase，GDH）而促進(jìn)線粒體代謝。
吸收代謝
亮氨酸的分解完全通過(guò)脂肪途徑來(lái)完成。亮氨酸進(jìn)行分解代謝的主要部位，是在心肌和骨胳肌，因而進(jìn)入體內(nèi)的支鏈氨基酸很少被肝臟所攝取。亮氨酸脫去氨基酸的碳鏈，通過(guò)一系列的氧化過(guò)程，最后經(jīng)醛醇裂解酶（存在于心線粒體內(nèi)）的作用，將β羥β甲基戊二CoA分裂為乙酰乙酸和乙酸。
缺乏亮氨酸
缺乏亮氨酸會(huì)對(duì)眼睛產(chǎn)生不利的影響。幼兒體內(nèi)缺乏亮氨酸會(huì)引起特發(fā)性高血糖癥、糖代謝失調(diào)，伴有膽汁分泌減少的肝病、貧血等。
亮氨酸過(guò)量
亮氨酸是組成蛋白質(zhì)中的必需氨基酸之一，為20種氨基酸中惟一的生酮氨基酸。有報(bào)道含亮氨酸高的食品易引起兒童低血糖，在胰島素作用機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)胰島素與其細(xì)胞受體接觸作用時(shí)，受體兩條α鏈分別與胰島素2個(gè)位點(diǎn)接觸，其中一個(gè)接觸位點(diǎn)是胰島素β鏈上第17位亮氨酸。增加亮氨酸能否提高胰島素與受體間的敏感性，能否加速血糖的利用。機(jī)制原因不明。
過(guò)量亮氨酸可能有利于抑制腫瘤生長(zhǎng)，減少轉(zhuǎn)移，延長(zhǎng)白血病患兒生存期。
應(yīng)用
醫(yī)藥工業(yè)
亮氨酸是臨床選用的復(fù)合結(jié)晶氨基酸靜脈注射液的原料，用于幼兒特發(fā)性高血糖的診斷和治療以及糖代謝失調(diào)、伴有膽汁分泌減少的肝病、貧血、肌肉萎縮癥等。
亮氨酸及其衍生物在醫(yī)藥上可用作營(yíng)養(yǎng)劑、代謝改良劑，具有抗?jié)儭⒎垒椛?、抗菌、治癌?a href="/hebeideji/5066392738793682618.html">催眠、鎮(zhèn)痛，為不能經(jīng)口獲得營(yíng)養(yǎng)的病人配制特殊膳食的功效。
食品工業(yè)
以亮氨酸為主要成分復(fù)配得到的一款骨關(guān)節(jié)補(bǔ)充劑，能夠修復(fù)關(guān)節(jié)炎大鼠的關(guān)節(jié)軟骨損傷，在增加肌肉量與肌肉力量的同時(shí)強(qiáng)化肌肉與軟骨的物理相互作用和內(nèi)分泌相互串?dāng)_，達(dá)到比普通補(bǔ)充劑更好的修復(fù)軟骨損傷作用。
可為針對(duì)肌肉無(wú)力和肌肉失衡導(dǎo)致的關(guān)節(jié)磨損的相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供有價(jià)值的理論依據(jù)。
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
飼料應(yīng)用
以0.2%的水平在飼料（植物蛋白源替代部分魚粉）中聯(lián)重科合添加亮氨酸能夠更有效地促進(jìn)大菱鲆幼魚的生長(zhǎng)和腸道健康，并能夠提高魚體的免疫力。這是對(duì)植物蛋白源替代魚粉后的魚類飼料中添加亮氨酸的協(xié)同作用的首次評(píng)估，說(shuō)明了水產(chǎn)動(dòng)物飼料中協(xié)同添加特定氨基酸可能產(chǎn)生更高的應(yīng)用價(jià)值。
肥料應(yīng)用
L-亮氨酸與稀土配位化合物是氨基酸肥料和農(nóng)藥的一種，不僅能增產(chǎn)、防止農(nóng)作物病蟲害，并且能被日光和微生物降解，是深受人們喜愛(ài)的“綠色農(nóng)藥”。這種農(nóng)藥的降解產(chǎn)物還可促進(jìn)農(nóng)作物對(duì)微量元素的吸收利用，增加產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)。
化妝品應(yīng)用
L-亮氨酸及其衍生物作為人體必需的物質(zhì)，性質(zhì)與人體皮膚相似。在化妝品應(yīng)用中使用L-亮氨酸及其衍生物可以達(dá)到延緩皮膚衰老，嫩化肌膚的作用。
結(jié)構(gòu)
亮氨酸是非極性R基氨基酸，分子式是C6H13NO2，結(jié)構(gòu)式如下圖。像所有氨基酸一樣，亮氨酸有兩個(gè)官能團(tuán)：一個(gè)胺基團(tuán)(NH2)和一個(gè)羧基(COOH)，還有一個(gè)分支側(cè)鏈CH2-CH(CH3)2。
亮氨酸的α碳都是不對(duì)稱碳原子，在此碳原子上連著四個(gè)互不相同的基團(tuán)或原子（即—R、一NH一COOH和H）。這四個(gè)基團(tuán)在空間排列的位置可以有兩種形式，互為鏡像，不能重疊，成為兩個(gè)相對(duì)應(yīng)的異構(gòu)體，有L和D兩種構(gòu)型。
其結(jié)晶為黃褐色，小球形或油滴狀，有同心圓或密集輻射狀條紋，折光性強(qiáng)，可溶于冰醋、鹽酸及氫氧化鉀。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
亮氨酸為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，無(wú)臭，味微苦。密度為1.293g/cm3（18°C時(shí)），pH值為2.35，沸點(diǎn)為145-148℃。溶解性在25℃時(shí)達(dá)到21.5g/L，溶于水、乙酸、稀鹽酸、堿性氫氧化物和碳酸根，在乙醇中微溶。熔點(diǎn)很高，達(dá)到293℃。本品具旋光性，比旋度為＋14.5°至＋16.0°。
化學(xué)性質(zhì)
亮氨酸多在熔融時(shí)分解，能溶解在強(qiáng)酸強(qiáng)堿中，其形成的鹽多能溶于水。亮氨酸也是典型的α-氨基酸，具有以下氨基酸化學(xué)反應(yīng)特性。
氨基酸的α-氨基和α-羧基都參與了反應(yīng)，反應(yīng)是氨基酸與一分子茚三酮在弱酸性溶液中共熱、氨基酸氧化脫氨、脫羧生成還原型三酮，再與一分子茚三酮反應(yīng)生成Ruhemann氏紫（魯赫曼氏紫）。茚三酮反應(yīng)可以用于對(duì)氨基酸進(jìn)行定性檢測(cè)或定量測(cè)定。
Sanger反應(yīng)最早由英國(guó)科學(xué)家Frederick Sanger（桑格）用于多肽和蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸的測(cè)定。
在弱堿性條件下，氨基酸的α-氨基與2.4-二硝基氟苯發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定的黃色物質(zhì)2，4-二硝基苯基氨基酸，即DNP-氨基酸。
反應(yīng)在弱堿性（pH9.0）條件下進(jìn)行，由苯異硫氰酸酯與氨基酸的α-氨基反應(yīng)，生成苯氨基硫甲酰衍生物。PTC-氨基酸在硝基甲烷中與酸作用，迅速環(huán)化生成相應(yīng)苯乙內(nèi)酰硫脈衍生物，即PTH-氨基酸。
該方法可以用于多肽及蛋白質(zhì)N-末端氨基酸的鑒定，還可以用于多肽鏈的序列測(cè)定。
合成和制備過(guò)程
L-亮氨酸的生產(chǎn)方法有生物合成途徑、發(fā)酵生產(chǎn)法、微生物轉(zhuǎn)化法和直接發(fā)酵法、提取法、化學(xué)合成法。
生物合成途徑
L-亮氨酸的生物合成途徑從丙酮酸開(kāi)始，丙酮酸在乙酰酸合成酶的催化下，與來(lái)源于丙酮酸的活性乙醛基縮和形成α-乙醛DL-乳酸，α-乙醛乳酸在二輕酸還原異構(gòu)酶催化下發(fā)生甲基自動(dòng)位移形成α，β二羥基異戊酸。該產(chǎn)物經(jīng)二酸酸脫水酶催化脫水后形成α-酮基異戊酸。α-酮基異戊酸在α異丙基DL-蘋果酸合成酶的作用下，接受由乙酰輔酶A轉(zhuǎn)來(lái)的酰基形成α-異丙基蘋果酸。α-異丙基蘋果酸在α-異丙基蘋果酸異構(gòu)酶作用下形成β-異丙基蘋果酸，再經(jīng)以NAD為輔助因子的β-異丙基蘋果酸脫氫酶作用形成α-酮基異己酸。α-酮基異己酸由支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶催化與谷氨酸轉(zhuǎn)氫形成L-亮氨酸。
發(fā)酵生產(chǎn)
亮氨酸合成的直接前體是纈氨酸的中間體---α-酮基異戊酸，其關(guān)鍵酶是α-ALS和α-異丙基蘋果酸合成酶，前者受到氨酸的反饋抑制和三種支鏈氨基酸的多價(jià)阻遏；后者受到亮氨酸的反饋抑制和阻遏。為了積累亮氨酸，就需要通過(guò)菌種選育來(lái)解除抑制和阻遏。
微生物轉(zhuǎn)化法
微生物轉(zhuǎn)化法又稱添加前體發(fā)酵法。利用葡萄糖為發(fā)碳源、能源，再添加目的氨基酸的前體物，經(jīng)特定微生物的代謝轉(zhuǎn)化作用將該前體物有效地轉(zhuǎn)化為目的氨基酸。德國(guó)學(xué)者烏爾里希·格羅格（Ulrich Groeger）采用分批流加培養(yǎng)法，流加生物合成L-亮氨酸的前體物α-酮基異已酸32g/L，經(jīng)谷氨酸棒桿菌ATCC13032發(fā)酵23h，產(chǎn)L-亮氨酸24g/L。
微生物直接發(fā)酵法
利用微生物能自身合成L-亮氨酸的能力，通過(guò)對(duì)出發(fā)菌株的誘變處理，選育出營(yíng)養(yǎng)缺陷型及氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株，以解除代謝調(diào)節(jié)中的反饋抑制與阻遇，達(dá)到過(guò)量積累L-亮氨酸的目的。以微生物直接發(fā)酵法生產(chǎn)L-亮氨酸，已形成一定規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)能力。
提取法
L-亮氨酸在蛋白質(zhì)中含量較多，將干酪素、角蛋白、血色素在酸性條件下水解，用堿中和即有亮氨酸沉淀，用β-礬酸使沉淀結(jié)晶，用離交法、層析法分離。雖有由天然蛋白質(zhì)水解液分離提取L-亮氨酸產(chǎn)品，但該方法工藝費(fèi)時(shí)、收率低，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
化學(xué)合成法
化學(xué)合成法又分Storeker法、α-鹵代酸法等。前法是將異戊醛制成醇再制成氨基清后水解，或?qū)愇烊┫戎瞥梢覂?nèi)酰尿衍生物后加壓加熱水解；后法是將異己酸在三氯化磷存在的情況下加人澳生成α-澳異己酸，再與氨作用生成亮氨酸。
參考資料 >
COMPOUND SUMMARY Leucine.Pubchem.2024-04-05
www.futura-sciences.us.FUTURA-SCIENCES.2024-04-21