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茶氨酸同其它氨基酸一樣在小腸被吸收，小腸壁上已確定出三種轉運氨基酸特殊載體系統，它們分別轉運中性、酸性和堿性氨基酸。有實驗表明茶氨酸對同一類氨基酸，如蛋氨酸、亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸產生拮抗，因此推論茶氨酸可能是通過蛋氨酸載體轉運系統在內被吸收的。但Kitaoka等研究表明，茶氨酸在吸收可能是與谷氨酸共用一個由Na偶聯的協同轉運蛋白，茶氨酸親和力比谷氨酸要低。Unno等研究發現在給予茶氨酸后，在尿中可檢測到完整茶氨酸、谷氨酸和乙胺，且這些化合物多少與茶氨酸投予量有關。這說明茶氨酸吸收進入人體內后酶促水解為谷氨酸和乙胺，其代謝部位可能是腎臟。Terashima等以鼠為對象研究茶氨酸在體內代謝動力學變化情況，研究發現，鼠經口灌胃茶氨酸后1小時，血清、肝、腦中茶氨酸濃度增加，此后隨著時間延長，血清和肝中茶氨酸濃度逐漸減少，而腦中茶氨酸濃度則在5小時后達到峰，在24小時后茶氨酸在這些組織中完全消失。