亮氨酸（Leucine，縮寫Leu），是人體必需氨基酸之一，從成年人體營養(yǎng)需求來說，是指成年人體生理所必需，體內(nèi)無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，無臭。密度為1.293g/cm3（18°C時），溶解度為21.5g/L（25°C時），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，羧基在上，R基團在下，-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、堅果和大豆粉等富含亮氨酸的食物中獲取，平時可以通過以上食物補充亮氨酸。亮氨酸主要的生理作用包括增加和保護肌肉，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，它還能促進腸道生長發(fā)育及功能的完善，并且是支鏈氨基酸中最強的胰島素促分泌劑之一。同時，亮氨酸還能提高生長激素的產(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)補充劑；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，水產(chǎn)動物飼料中協(xié)同添加亮氨酸可能產(chǎn)生更高的應(yīng)用價值，如促進魚的生長、提高魚體免疫力等，若對農(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到延緩皮膚衰老，嫩化肌膚的作用。
發(fā)現(xiàn)歷史
19世紀到20世紀中葉是發(fā)現(xiàn)和研究各種營養(yǎng)素的鼎盛時期，人類發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化物、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)素及其生理作用。這時期營養(yǎng)學研究出現(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世紀中期，根據(jù)人體實驗的結(jié)果，亮氨酸、纈氨酸等8種必需氨基酸被確認。
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。
來源
食物來源
亮氨酸存在于蛋白質(zhì)中，并且在玉蜀黍?qū)?/a>麩質(zhì)及動物血粉中含量最為豐富。亮氨酸是人與動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、堅果和大豆粉等富含亮氨酸的食物中獲取。
膳食建議
美國國家科學院（National?Academy?of?Sciences）?對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)美國威斯康星大學（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
生物學功能
維持機體健康
在組織中，亮氨酸在組成機體蛋白質(zhì)氨基酸含量中高達8%。在肌肉中亮氨酸是第四位高濃度的氨基酸，主要會在肌肉中被用，承擔著增加和保護肌肉，并為肌肉提供代謝能量的工作。當身體出現(xiàn)嚴重壓力和應(yīng)激狀況時，支鏈氨基酸成為肌肉中能量的重要來源和制造者，是合成代謝反應(yīng)中的主要能量來源，可以幫助合成復雜的合成物、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。
亮氨酸可以促進腸道生長發(fā)育及功能的完善，可以延緩衰老和治療肝臟纖維化，阻礙細胞周期，保障胎兒正常發(fā)育，促進泌乳量，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功能。
參與胰島素分泌
亮氨酸是支鏈氨基酸中最強的胰島素促分泌劑之一，急性亮氨酸作用可促進胰島β細胞胰島素分泌。無論在嚙齒動物還是人體內(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方面：其一，亮氨酸可通過代謝作用而促進胰島素分泌。其二，亮氨酸可別構(gòu)激活谷氨酸脫氫酶（谷氨酸鹽 Dehydrogenase，GDH）而促進線粒體代謝。
吸收代謝
亮氨酸的分解完全通過脂肪途徑來完成。亮氨酸進行分解代謝的主要部位，是在心肌和骨胳肌，因而進入體內(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，通過一系列的氧化過程，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
缺乏亮氨酸會對眼睛產(chǎn)生不利的影響。幼兒體內(nèi)缺乏亮氨酸會引起特發(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。有報道含亮氨酸高的食品易引起兒童低血糖，在胰島素作用機制研究中發(fā)現(xiàn)胰島素與其細胞受體接觸作用時，受體兩條α鏈分別與胰島素2個位點接觸，其中一個接觸位點是胰島素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。機制原因不明。
過量亮氨酸可能有利于抑制腫瘤生長，減少轉(zhuǎn)移，延長白血病患兒生存期。
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)藥上可用作營養(yǎng)劑、代謝改良劑，具有抗?jié)儭⒎垒椛洹⒖咕⒅伟?a href="/hebeideji/5066392738793682618.html">催眠、鎮(zhèn)痛，為不能經(jīng)口獲得營養(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配得到的一款骨關(guān)節(jié)補充劑，能夠修復關(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強化肌肉與軟骨的物理相互作用和內(nèi)分泌相互串擾，達到比普通補充劑更好的修復軟骨損傷作用。
可為針對肌肉無力和肌肉失衡導致的關(guān)節(jié)磨損的相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供有價值的理論依據(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大菱鲆幼魚的生長和腸道健康，并能夠提高魚體的免疫力。這是對植物蛋白源替代魚粉后的魚類飼料中添加亮氨酸的協(xié)同作用的首次評估，說明了水產(chǎn)動物飼料中協(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，是深受人們喜愛的“綠色農(nóng)藥”。這種農(nóng)藥的降解產(chǎn)物還可促進農(nóng)作物對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，亮氨酸有兩個官能團：一個胺基團(NH2)和一個羧基(COOH)，還有一個分支側(cè)鏈CH2-CH(CH3)2。
亮氨酸的α碳都是不對稱碳原子，在此碳原子上連著四個互不相同的基團或原子（即—R、一NH一COOH和H）。這四個基團在空間排列的位置可以有兩種形式，互為鏡像，不能重疊，成為兩個相對應(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，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，無臭，味微苦。密度為1.293g/cm3（18°C時），pH值為2.35，沸點為145-148℃。溶解性在25℃時達到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。熔點很高，達到293℃。本品具旋光性，比旋度為＋14.5°至＋16.0°。
化學性質(zhì)
亮氨酸多在熔融時分解，能溶解在強酸強堿中，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)可以用于對氨基酸進行定性檢測或定量測定。
Sanger反應(yīng)最早由英國科學家Frederick Sanger（桑格）用于多肽和蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸的測定。
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定。
合成和制備過程
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始，丙酮酸在乙酰酸合成酶的催化下，與來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，就需要通過菌種選育來解除抑制和阻遏。
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。德國學者烏爾里希·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，通過對出發(fā)菌株的誘變處理，選育出營養(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，達到過量積累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，但該方法工藝費時、收率低，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
化學合成法
化學合成法又分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