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D-プロリンは、タンパク質構成アミノ酸 (タンパク質の生合成に使用される) として分類される有機酸ですが、アミノ基 -NH2 を含まず、むしろ第二級アミンです。生物学的条件下では、第二級アミンの窒素はプロトン化された NH2+ 型ですが、カルボキシ基は脱プロトン化された -COO- 型です。α炭素からの「側鎖」は窒素に接続してピロリジンループを形成し、脂肪族アミノ酸として分類されます。これは人間にとって非必須であり、体が非必須アミノ酸のL-グルタミン酸から合成できることを意味します。CC で始まるすべてのコドン (CCU、CCC、CCA、CCG) によってコード化されます。

D-プロリンは、窒素原子がα炭素とループを形成する3つの炭素の鎖の両方に結合しているため、第二級アミンである唯一のタンパク質形成アミノ酸です。

プロリンとその誘導体は、プロリン有機触媒反応における不斉触媒としてよく使用されます。CBS の還元とプロリン触媒によるアルドール縮合が顕著な例です。醸造中、プロリンを豊富に含むタンパク質がポリフェノールと結合してヘイズ（濁り）が生じます。D-プロリンは浸透圧保護剤であるため、多くのバイオテクノロジー用途で使用されています。植物組織培養に使用される増殖培地にはプロリンが添加される場合があります。これは、おそらく植物が組織培養のストレスに耐えるのに役立つため、成長を促進する可能性があります。植物のストレス応答におけるプロリンの役割については、生物活性。