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氨基酸的作用不仅仅是用来构成蛋白质。自然界至少有180多种氨基酸，功能多种多样。简单来说，氨基酸是含有氨基的羧酸，分为基本氨基酸、稀有氨基酸和非蛋白质氨基酸三类。
用于合成蛋白质的氨基酸称为基本氨基酸，它们都有自己的密码子，可以被相应的tRNA识别，从而被核糖体用于蛋白质合成。目前发现的基本氨基酸共22种，人体有21种。基本氨基酸中除脯氨酸外都是α-氨基酸，即在离羧基最近的碳原子（α-碳原子）上有一个氨基。所以基本氨基酸有一个通式。
某些蛋白质中含有一些不常见的氨基酸，是基本氨基酸在蛋白质合成以后经羟化、羧化、甲基化等修饰衍生而来的，所以叫稀有氨基酸或特殊氨基酸。比如胶原中的4-羟脯氨酸和5-羟赖氨酸，弹性蛋白中的锁链素，一些凝血因子中的γ-羧基谷氨酸，组蛋白中的甲基化和乙酰化赖氨酸。
自然界中还有150多种不参与构成蛋白质的氨基酸。它们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。这些氨基酸中有些是重要的代谢物前体或中间产物，如瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物，β-丙氨酸是泛酸的前体，γ-氨基丁酸是传递神经冲动的化学介质。
氨基酸在日常生活中也有多种用途。甘氨酸有甜味，甜度是蔗糖的80%，在食品工业中用作调味剂，可以去苦增甜。其实丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸等都具有甜味，而D-色氨酸的甜度高达蔗糖的35倍，可以用作非营养甜味剂。谷氨酸具有鲜味，谷氨酸钠是味精的主要成分。天冬氨酸也有鲜味，但比谷氨酸弱一些。天冬氨酸还用于合成甜味剂阿斯巴甜（天冬氨酰苯丙氨酸甲酯）。
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