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赖氨酸只有L-型被生物体吸收。游离的赖氨酸易吸收空气中的二氧化碳，制取结晶比较困难，一般商品都以赖氨酸盐酸盐的形式存在。赖氨酸易溶于水，与其它氨基酸相比，赖氨酸是通过口服最容易吸收的一种。摄入体内的赖氨酸，首先以主动运输的方式从小肠腔进入小肠粘膜细胞，然后通过门静脉进入肝脏；在肝脏，赖氨酸与其它氨基酸一起参与蛋白质的合成。赖氨酸的分解代谢也在肝脏中进行，它与酮戊二酸缩合形成酵母氨基酸，酵母氨基酸再转变为L-α-氨基己二酸半醛，最终转化生成乙酰辅酶A。与其它氨基酸不同，赖氨酸不参与转氨基作用，且脱氨基反应不可逆，因此赖氨酸的分解代谢极为特殊。赖氨酸是生酮氨基酸，因此可以参与形成D-葡萄糖、脂类，最终产生能量。
人体吸收实验显示，赖氨酸补充剂的吸收率与食物蛋白质中赖氨酸的吸收率相同，说明赖氨酸补充剂是改善膳食赖氨酸缺乏的一个有效途径。研究发现，在进食后的5-7小时内，赖氨酸被快速转运到肌肉组织。与其它必需氨基酸不同，赖氨酸更多蓄积在肌肉组织的细胞内，提示肌肉组织是游离赖氨酸在体内的贮存库。在所有必需氨基酸中，赖氨酸在体内的贮存最多。
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