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賴氨酸的生物合成途徑是1950年以后逐漸被闡明的。賴氨酸的生物合成途徑與其他氨基酸不同，依微生物的種類而異。細菌的賴氨酸生物合成途徑需要經過二氨基庚二酸(DAP)合成賴氨酸。酵母、霉菌的賴氨酸生物合成途徑，需要經過α-氨基己二酸合成賴氨酸。同樣是二氨基庚二酸合成賴氨酸途徑，不同的細菌，賴氨酸生物合成的調節機制有所不同。

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，還可以合成蘇氨酸、蛋氨酸和異亮氨酸。

由2-酮戊二酸和乙酰輔酶A經由α-氨基乙二酸途徑合成。五步反應是由異檸檬酸合酶、烏頭酸合酶/順烏頭酸合酶、烏頭酸脫氫酶進行催化，2-酮戊二酸和乙酰輔酶A生成α-氨基乙二酸。第二個反應中，α-氨基乙二酸由α-氨基乙二酸還原酶、酵母氨酸還原酶和酵母氨酸脫氫酶催化生成賴氨酸。

賴氨酸是組成蛋白質的成分之一，一般富含蛋白質的食物中都含有賴氨酸，富含賴氨酸的食物為動物性食物（如畜禽類的瘦肉、魚、蝦、蟹、貝類、蛋類和乳制品）、豆類（包括大豆、雜豆及其制品）。此外，杏仁、榛子、花生仁、南瓜子仁等堅果中賴氨酸含量也比較多。谷類食物中賴氨酸含量很低，且易在加工過程中被破壞，因此是谷類的第一限制性氨基酸。