L-赖氨酸在细胞内的分解代谢主要是通过cadA和ldcC基因编码的L-赖氨酸脱羧酶Ｉ和ＩＩ来催化分解生成戊二胺和二氧化碳。而戊二胺经常被用做有机合成的中间体来进行髙聚物的合成，也可用于一些生物学上的研究。

      L-赖氨酸脱羧酶Ｉ，由cadA基因编码的，是L-赖氨酸依赖的细胞内抗酸系统AR4的重要组成部分。大肠杆菌细胞在有氧条件下和磷酸缺乏情况下的以糖类等碳源进行的发酵会产生对细胞有毒害作用的弱有机酸，该系统主要负责细胞內的抗酸性自我保护。赖氨酸脱羧酶是一个具有生物降解作用性质的酶，在酸性ｐＨ条件下被诱导，具有维持细胞内的ｐＨ平衡Ｗ及降解细胞外环境中的有毒物来维持生长的重要作用。当细胞处于缺氧和低ｐＨ的情况下，由于ＴＣＡ循环的强度被下调而导致细胞内二氧化碳浓度下降的时候，由赖氨酸脱簇酶Ｉ产生的二氧化碳就具有重要的生理调节功能。赖氨酸脱幾酶Ｉ是一个五倍二聚体的多重对称的酶，该酶在细胞内既能Ｗ可逆转的游离的二聚体形式存在，也能以数个十倍体堆叠在一起形成更大分子量的酶复合体。L-赖氨酸的脱羧作用可显著提高细胞在厌氧从及磷酸盐缺乏情况下的存活率，如果敲除掉cadA基因，则会使细胞在这种情况下的生长受到严重的影响。如同鼠伤寒沙口氏菌中一样，在大肠杆菌中Cad操纵子也是属于细胞内抗酸胁迫响应系统（ATR）。

而由ldcC基因编码的L-赖氨酸脱羧酶ＩＩ，与编码的L-赖氨酸脱羧酶Ｉ具有许多明显的不同，例如赖氨酸脱羧酶ＩＩ在细胞生长的各个阶段的表达量很少，对热更加的敏感，可Ｗ在范围更广更高的pH（最高可到pH7.6而L-赖氨酸脱羧酶Ｉ的Ｉ）pH最高只能达到5.5左右）范围内具有酶活，该酶会受到通用调控因子（Ｐ）ppGpp的抑制。该酶在细胞内的功能，可能是对细胞内的聚胺合成具有一定的作用，而聚胺对细胞在缺氧或者高氧条件下的生长具有重要的作用。