中文名称：L-脯氨酸
英文名称：L-Proline
别名：2-吡咯烷甲酸
化学全称：吡咯烷-2-羧酸
分子式表示：C₅H₉NO₂
CAS登记号：L-147-85-3；D/L-609-36-9；D-344-25-2
分子量数值：115.13 g/mol
物理密度：1.35 g/cm³
物质形态：白色结晶性粉末
熔化温度：228°C
沸腾温度：252.2ºC (760 mmHg标准压力下)
等电点值：6.30
水溶性：25℃条件下，100g水可溶解约162g
Skeletal formula of L-phenylalanine 骨架结构式
ball-and-stick model 球棍模型
space-filling model 空间填充模型
L-脯氨酸（简写Pro或P）是一种归类为蛋白质组分的氨基酸，主要用于蛋白质的生物合成过程。虽然它不含常规的氨基-NH₂基团，但具有仲胺结构特征。在生物体条件下，其仲胺氮会呈现质子化状态(NH₂⁺)，而羧基则处于去质子化形式(COO⁻)。α碳的侧链与氮原子相连形成吡咯烷环，使其被归类为脂肪族氨基酸。对于人体而言，L-脯氨酸属于非必需氨基酸，人体能够通过将L-谷氨酸转化为脯氨酸来合成。该氨基酸由四种遗传密码子编码(CCU、CCC、CCA和CCG)。L-脯氨酸在水中具有极高的溶解度，表现出易吸湿且难以结晶的特性，同时带有轻微的甜味。当与茚三酮溶液共热时，会形成黄色化合物。一旦进入肽链结构后，L-脯氨酸能够发生羟基化反应，进而生成4-羟脯氨酸，这种物质是构成动物胶原蛋白的重要成分。4-羟脯氨酸也广泛存在于多种植物蛋白质中，尤其与植物细胞壁的形成密切相关。植物在面临干旱、高温、低温、盐渍等环境胁迫时，常会观察到脯氨酸含量的显著增加。
L-脯氨酸是唯一一种具有蛋白质衍生二级结构的氨基酸，它是一种特殊的二级胺，因为其氮原子同时连接在α-碳原子上，并连接在一个由三个碳原子构成的五元环上。
L-脯氨酸的首次分离工作由研究N-甲基脯氨酸的Richard Willstätter在1900年完成，他在研究N-甲基脯氨酸的过程中意外获得了氨基酸，并通过丙二酸二乙酯钠盐与1,3-二溴丙烷的化学反应成功合成了脯氨酸。次年，Emil Fischer从酪蛋白和γ-酞酰亚胺-丙基丙二酸酯的分解产物中分离出脯氨酸，并发表了关于酞酰亚胺丙基丙二酸酯合成脯氨酸的研究成果。
L-脯氨酸的命名来源于其分子结构中的吡咯烷成分。
吡咯烷（pyrrolidine）
L-脯氨酸的生物合成途径始于L-谷氨酸。首先，在谷氨酸5-激酶(需要ATP供能)和谷氨酸-5-半醛脱氢酶(需要NADH或NADPH)的催化下，生成谷氨酸-5-半醛。随后，该中间体自发进行环化反应形成1-吡咯-5-羧酸，再由吡咯-5-羧酸还原酶(利用NADH或NADPH)将其还原为脯氨酸，或者通过鸟氨酸转氨酶将其转化为鸟氨酸，最后由鸟氨酸环脱氨酶完成环化反应生成脯氨酸。
两种对映异构体的两性离子结构：(S)-脯氨酸(左侧)和(R)-脯氨酸
L-脯氨酸已被证实可以作为甘氨酸受体以及NMDA和非NMDA (AMPA/kainate)离子型谷氨酸受体的弱激动剂。研究表明，L-脯氨酸可能是一种内源性兴奋性毒素。在植物体内，脯氨酸的积累通常是对各种环境胁迫的常见生理响应，但同时也是生殖组织(如花粉)发育过程中的必要成分。
2022年的一项研究指出，富含脯氨酸的饮食与人类患抑郁症的风险增加存在关联，该研究通过有限的临床前试验对人类进行了测试，主要在其他生物体上进行了实验，并在其他生物体中也获得了显著的研究结果。
与其他氨基酸相比，L-脯氨酸侧链独特的环状结构赋予其特殊的构象刚性。这种结构特性也影响了L-脯氨酸与其他氨基酸之间肽键形成的速率。当L-脯氨酸以酰胺形式参与肽键形成时，其氮原子不与任何氢原子形成氢键，因此不能作为氢键供体，但能够作为氢键受体。
L-脯氨酸与Pro-tRNAPro形成肽键的速度远低于与其他tRNAs形成肽键的速度，这是N-烷基氨基酸的普遍特征。在进入的tRNA与以脯氨酸结尾的肽链之间，肽键形成过程也较为缓慢；而脯氨酸-脯氨酸键的形成速度则最为缓慢。
L-脯氨酸异常的构象刚性会影响邻近脯氨酸残基的蛋白质二级结构，这可能是L-脯氨酸在嗜热生物蛋白质中较高出现率的原因。蛋白质的二级结构可以通过蛋白质骨架的二面角φ、ψ和ω来描述。L-脯氨酸侧链的环状结构使φ角固定在-65°左右。
L-脯氨酸在常规二级结构元素(如α螺旋和β折叠)中充当结构干扰因子；然而，L-脯氨酸通常作为α螺旋的第一个残基出现，也常见于β折叠的边缘链。L-脯氨酸也频繁出现在转角结构中，并有助于β折叠的形成。这可能解释了这样一个现象：尽管L-脯氨酸具有完全脂肪族的侧链，却通常是溶剂暴露的。
多个L-脯氨酸和/或羟脯氨酸的聚集可以形成多脯氨酸螺旋，这是胶原蛋白的主要二级结构。脯氨酸羟化酶对L-脯氨酸的羟化作用(或引入其他吸电子取代基如氟)显著增强了胶原蛋白的构象稳定性。因此，L-脯氨酸的羟化作用是维持高等生物结缔组织完整性的重要生化过程。坏血病等严重疾病可能与脯氨酰羟化酶的突变或缺乏必要的抗坏血酸(维生素C)辅助因子有关。
L-脯氨酸与其他N-取代氨基酸(如肌氨酸)形成的肽键，可以产生顺式和反式两种异构体。大多数肽键中，反式异构体占据绝对优势(通常在无张力条件下达到99.9%)，主要原因在于酰胺氢(反式异构体)对前面的Cα原子产生的空间排斥力小于后面的Cα原子(顺式异构体)。相比之下，X-Pro肽键的顺式和反式异构体(其中X代表任何氨基酸)与邻近基团的空间冲突更为明显，能量差也相对较小。因此，在无张力条件下，X-Pro肽键的顺式异构体比例显著升高，通常在3-10%的范围内。然而，这些数值取决于前一个氨基酸的种类，Gly和芳香族氨基酸会产生更多的顺式异构体。芳香族氨基酸-脯氨酸肽键的顺式组分已被鉴定高达40%。
从动力学角度分析，顺式-反式L-脯氨酸异构化过程非常缓慢，将一个或多个L-脯氨酸残基trapping在非天然异构体中可以阻碍蛋白质折叠进程，特别是当天然蛋白质需要顺式异构体时。这是因为L-脯氨酸残基在核糖体中作为反式异构体形式单独合成。所有生物体都存在脯氨酰异构酶来催化这种异构化反应，部分细菌还具有专门与核糖体结合的脯氨酰异构酶。然而，并非所有L-脯氨酸都是蛋白质折叠所必需的，尽管存在许多X-Pro肽键的非天然构象，蛋白质仍能以正常速率完成折叠。
L-脯氨酸及其衍生物常被用作脯氨酸有机催化反应中的不对称催化剂。CBS还原反应和脯氨酸催化的羟醛缩合反应是典型的应用实例。
在酿造工艺中，富含L-脯氨酸的蛋白质会与多酚发生结合，导致溶液出现浑浊现象。
L-脯氨酸是一种渗透保护剂，因此在制药和生物技术领域有广泛应用。
L-脯氨酸可用于植物组织培养的培养基配方中。这可以促进植物生长，可能是因为它有助于植物适应组织培养过程中的压力。关于L-脯氨酸在植物胁迫反应中的作用，见§生物活性部分。
L-脯氨酸和甘氨酸是两种不符合典型Ramachandran plot分布的氨基酸。由于环状结构的存在，肽键的ψ角和φ角允许的旋转范围更小。因此，L-脯氨酸经常出现在蛋白质的“转角”区域，因为它的自由熵(ΔS)不像其他氨基酸那样大，在折叠和展开状态下的熵变化更小。此外，L-脯氨酸很少出现在α和β结构中，因为其侧链α-N只能形成一种氮键，这会降低这类结构的稳定性。
此外，当开发用于色谱分析的茚三酮喷射剂时，L-脯氨酸是唯一一种不形成红色/紫色产物的氨基酸。相反，L-脯氨酸会产生橙色/黄色反应。
丙二酸二乙酯和丙烯腈可以用于合成外消旋L-脯氨酸：
丙二酸二乙酯和丙烯腈可合成外消旋脯氨酸