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化學性質與代謝左旋肉堿又稱L-肉堿，化學結構類似于膽堿，與氨基酸相近，但它又不是氨基酸，不能參與蛋白質的生物合成。由于左旋肉堿可由人和大多數動物通過自身體內合成來滿足生理需要，因此它也不是真正意義上的維生素，只是一種類似維生素的物質。左旋肉堿極易溶于水，從膳食攝入的肉堿能被人體完全吸收。已知體內吸收左旋肉堿的部位是小腸，但有關肉堿(游離的或酯化的)透過腸粘膜的確切吸收過程和吸收部位都還不清楚。除了從食物中攝取的外源性左旋肉堿外，人類還可以通過自身來合成內源性肉堿。肝臟和腎臟是體內生物合成肉堿的主要器官，從賴氨酸出發經ε-三甲基-β羥基賴氨酸，并Chemicalbook在醛縮酶、醛氧化酶的作用下生成γ-丁基甜菜堿，再經羥化酶轉化為左旋肉堿。除賴氨酸外，體內左旋肉堿的生物合成還需要甲硫氨酸以及維生素C、煙酸和維生素B6等物質。發現歷史左旋肉堿(L-Carnitine)舊稱維生素BT，是1905年由俄國化學家Gulewitsch和Krimberg在肉浸汁中發現的，1927年Tomita和Senju確定它的化學結構。20年后的1947年，Fraenkel發現黃粉蟲等昆蟲的生長需要一種存在于酵母中的因子，當時稱之為維生素BT。隨后在1952年，美國Illinois州立大學Carter等人確認維生素BT即是左旋肉堿。