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賴氨酸只有L-型被生物體吸收。游離的賴氨酸易吸收空氣中的二氧化碳，制取結晶比較困難，一般商品都以賴氨酸鹽酸鹽的形式存在。賴氨酸易溶于水，與其它氨基酸相比，賴氨酸是通過口服最容易吸收的一種。攝入體內的賴氨酸，首先以主動轉運的方式從小腸腔進入小腸粘膜細胞，然后通過門進入肝臟；在肝臟，賴氨酸與其它氨基酸一起參與蛋白質的合成。賴氨酸的分解代謝也在肝臟中進行，它與酮戊二酸縮合形成酵母氨基酸，酵母氨基酸再轉變為L-α-氨基己二酸半醛，最終轉化生成乙酰輔酶A。與其它氨基酸不同，賴氨酸不參與轉氨基作用，且脫氨基反應不可逆，因此賴氨酸的分解代謝極為特殊。賴氨酸是生酮氨基酸，因此可以參與形成D-葡萄糖、脂類，最終產生能量

人體吸收實驗顯示，賴氨酸補充劑的吸收率與食物蛋白質中賴氨酸的吸收率相同，說明賴氨酸補充劑是改善膳食賴氨酸缺乏的一個有效途徑。研究發現，在進食后的5-7小時內，賴氨酸被快速轉運到肌肉組織。與其它氨基酸不同，賴氨酸更多蓄積在肌肉組織的細胞內，提示肌肉組織是游離賴氨酸在體內的貯存庫。在所有氨基酸中，賴氨酸在體內的貯存最多。