Proteine ​​sind Ketten aus Aminosäuren. Es gibt 20 Standard-Aminosäuren, die Zellen zum Aufbau von Proteinen verwenden. Jede Aminosäure besitzt ein zentrales Kohlenstoffatom, das sogenannte α-Kohlenstoffatom, an das eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Wasserstoffatom und eine Seitenkette, die sogenannte R-Gruppe, gebunden sind. Die R-Gruppe ist das, was jede Aminosäure einzigartig macht. Sie kann so einfach wie ein Wasserstoffatom sein, wie bei Glycin, oder so komplex wie ein Indolring, wie bei Tryptophan.

Aminosäuren sind über Peptidbindungen miteinander verknüpft. Die Carboxylgruppe einer Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe einer anderen, wobei Wasser abgespalten und eine Bindung gebildet wird. Die entstehende Kette ist ein Polypeptid. Die Aminosäuresequenz bestimmt die Faltung des Proteins, und die gefaltete Form bestimmt seine Funktion. Schon eine einzige falsche Aminosäure kann eine Krankheit auslösen. Sichelzellenanämie entsteht durch den Austausch von Glutaminsäure gegen Valin im Hämoglobin.

Neun der 20 Standard-Aminosäuren sind essenziell, das heißt, der menschliche Körper kann sie nicht selbst herstellen und muss sie über die Nahrung aufnehmen. Die übrigen sind nicht-essenziell, das heißt, der Körper kann sie synthetisieren. Vollständige Proteine, die in Fleisch, Eiern und Milchprodukten vorkommen, enthalten alle neun essenziellen Aminosäuren. Pflanzliche Proteine ​​enthalten oft nicht alle diese Aminosäuren, weshalb die Kombination von Lebensmitteln wie Reis und Bohnen ein vollständiges Proteinprofil liefert.

Aminosäuren werden auch als Nahrungsergänzungsmittel, Geschmacksverstärker und Vorstufen von Neurotransmittern verwendet. Glutamat ist ein anregender Neurotransmitter und verantwortlich für den Umami-Geschmack. Tryptophan ist eine Vorstufe von Serotonin. Glycin ist ein beruhigender Neurotransmitter.