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脯氨酸（Proline，缩写为Pro或P）是一个α-氨基酸，又是一个环状氨基酸，20个DNA编码的其中之一。虽然属于蛋白氨基酸，并不是伯胺而是仲胺（旧称为亚氨酸），因此具有特殊构象刚性，影响肽的二级结构。其对应密码子为CCU，CCC，CCA和CCG。
脯氨酸不是一种必需氨基酸，人体可以自行合成。在20个蛋白质形成氨基酸中，其最特别之处在于胺氮被绑定到并非一个而是两个烷基基团，因此使它具有仲胺，L型较常具有S立体化学。
脯氨酸侧链的独特环状结构，使脯氨酸相对于其他氨基酸具有特殊构象刚性，它也影响了脯氨酸和其他氨基酸之间肽键形成的速率，当脯氨酸在一个肽键中被绑定作为酰胺时，其氮原子未绑定到任何的氢原子，则它不能作为氢键供体，但可以是氢键受体。
Pro-tRNAPro的肽键形成相较于其他tRNA相当的缓慢，此为N-烷基氨基羧酸一般的特征，tRNA和脯氨酸键结端部之间肽键的形成也相当缓慢，在所有脯氨酸键结和脯氨酸键结之间的创造是速度最慢的。
脯氨酸的特殊构象刚性影响蛋白质的二级结构，其蛋白质邻近于一个脯氨酸残基，而使脯氨酸在嗜热生物蛋白质中的高发病率，蛋白质的二级结构可以两面角φ，ψ和蛋白质主链ω表示，脯氨酸侧链的锁环结构的夹角φ约-60℃。
脯氨酸在正规二级结构元素中间为结构性干扰物，如α螺旋和β片层，脯氨酸是α螺旋常见的第一个残基，也同时是β片层的边缘链，脯氨酸也常发现于匝数（另一种二级结构）中，且有助于β匝数的形成，尽管具有一个完整的脂肪族侧链，脯氨酸通常暴露于溶剂之外。
一排中的多个脯氨酸和/或羟基脯氨酸可以创造一个聚脯氨酸螺旋，聚脯氨酸螺旋是胶原中的主要二级结构，脯氨酸经由脯氨酰羟化酶（或其它添加的吸电子取代基，如氟）的羟基化，显著增加胶原蛋白的构象稳定性。因此，脯氨酸的羟基化是一个关键生化过程，用以维持高等生物体的结缔组织，严重疾病如败血症，可导致羟基化的缺陷，例如在酶脯氨酰羟化酶中突变或缺乏必要的抗坏血酸（维生素C）辅助因子。
脯氨酸和2-氨基异丁酸（AIB）的序列也可以形成一个螺旋圈结构。
脯氨酸和其衍生物通常在有机反应中当作对称催化剂，CBS的减少和脯氨酸被催化羟醛缩合反应是突出的例子。
L-脯氨酸是一种渗透保护剂，因此可用于多种药物，生物技术的应用。
在酿造时，蛋白质富含和多酚结合的脯氨酸，可产生雾度（浊度）。