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氨基酸的作用不僅僅是用來構成蛋白質。自然界至少有180多種氨基酸，功能多種多樣。簡單來說，氨基酸是含有氨基的羧酸，分為基本氨基酸、稀有氨基酸和非蛋白質氨基酸三類。
用于合成蛋白質的氨基酸稱為基本氨基酸，它們都有自己的密碼子，可以被相應的tRNA識別，從而被核糖體用于蛋白質合成。目前發現的基本氨基酸共22種，人體有21種。基本氨基酸中除脯氨酸外都是α-氨基酸，即在離羧基最近的碳原子（α-碳原子）上有一個氨基。所以基本氨基酸有一個通式。
某些蛋白質中含有一些不常見的氨基酸，是基本氨基酸在蛋白質合成以后經羥化、羧化、甲基化等修飾衍生而來的，所以叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。比如膠原中的4-羥脯氨酸和5-羥賴氨酸，彈性蛋白中的鎖鏈素，一些凝血因子中的γ-羧基谷氨酸，組蛋白中的甲基化和乙酰化賴氨酸。
自然界中還有150多種不參與構成蛋白質的氨基酸。它們大多是基本氨基酸的衍生物，也有一些是D-氨基酸或β、γ、δ-氨基酸。這些氨基酸中有些是重要的代謝物前體或中間產物，如瓜氨酸和鳥氨酸是合成精氨酸的中間產物，β-丙氨酸是泛酸的前體，γ-氨基丁酸是傳遞神經沖動的化學介質。
氨基酸在日常生活中也有多種用途。甘氨酸有甜味，甜度是蔗糖的80%，在食品工業中用作調味劑，可以去苦增甜。其實丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸等都具有甜味，而D-色氨酸的甜度高達蔗糖的35倍，可以用作非營養甜味劑。谷氨酸具有鮮味，谷氨酸鈉是味精的主要成分。天冬氨酸也有鮮味，但比谷氨酸弱一些。天冬氨酸還用于合成甜味劑阿斯巴甜（天冬氨酰苯丙氨酸甲酯）。
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