在20种基本氨基酸中，人类可以合成其中的11种。另外9种氨基酸必需从食物中摄取，所以称为必需氨基酸，即苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸（Annu Rev Plant Biol. 2016 Apr 29;67:153-78.）。
生化中根据氨基酸的合成途径将其分为5类：谷氨酸类型、天冬氨酸类型、丙酮酸衍生物类型、丝氨酸类型和芳香族氨基酸类型。
谷氨酸类型都是由α-酮戊二酸衍生而来，包括谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸，蕈类和眼虫的赖氨酸合成也属于此途径。
谷氨酸可由α-酮戊二酸与氨经谷氨酸脱氢酶催化合成，消耗NADPH（脱氨时生成的是NADH）。另一种方式是谷氨酰胺与α-酮戊二酸反应，形成2个谷氨酸，由谷氨酸合成酶催化。这种方式比较耗费能量，但谷氨酰胺合成酶Km低，可在较低的氨浓度下反应，所以更为常用。
谷氨酸合成。引自themedicalbiochemistrypage
谷氨酰胺合成酶（GS）可催化谷氨酸与氨形成谷氨酰胺，消耗一个ATP。谷氨酰胺侧链酰胺基是一种很好用的氨基供体，可用于多种含氮物质的合成，如氨基酸、碱基等。所以这是氨合成含氮有机物的主要方式。
谷氨酰胺合成。引自themedicalbiochemistrypage
因为GS与多种生物合成有关，所以受到严密调控，其活性受8种含氮产物反馈抑制，称为协同抑制。GS由GLUL基因编码。
谷氨酰胺是血液中含量最高的氨基酸，约为500 μM。谷氨酰胺是血液中氨的主要运输形式，也为是细胞能量的主要供体，还是细胞增殖的重要调控分子，与肿瘤增殖关系密切（参见《氨基酸的转氨、联合脱氨与脱酰胺作用》）。
对于肿瘤细胞，谷氨酰胺也是重要的碳源和氮源。其中的两个氨可用于含氮物质的合成，α-酮戊二酸（α-KG）进入三羧酸循环可产生能量，可转化为丙酮酸和乳酸，也可逆转三羧酸循环产生柠檬酸，用于脂合成，以满足快速分裂对细胞膜的需求。
谷氨酰胺与肿瘤代谢。引自themedicalbiochemistrypage
此外，谷氨酰胺与染色质结构调控也有关系。谷氨酰胺衍生的代谢物α-KG（α-酮戊二酸）可以影响一些组蛋白脱甲基酶和DNA脱甲基酶的活性，从而调控细胞分化。此类酶称为α‐KG依赖性双加氧酶，包括Jumonji C组蛋白脱甲基酶（JHDM）和TET DNA脱甲基酶等。
