タンパク質はアミノ酸の鎖です。細胞がタンパク質を合成するために使用する標準的なアミノ酸は20種類あります。それぞれのアミノ酸は、α炭素と呼ばれる中心炭素に、アミノ基、カルボキシル基、水素原子、そしてR基と呼ばれる側鎖が結合しています。R基こそが各アミノ酸を区別する特徴です。R基は、グリシンのように水素原子だけの単純なものから、トリプトファンのようにインドール環のような複雑なものまで様々です。

アミノ酸はペプチド結合によって互いに連結します。あるアミノ酸のカルボキシル基が別のアミノ酸のアミノ基と反応し、水が放出されて結合が形成されます。こうしてできた鎖がポリペプチドです。アミノ酸の配列によってタンパク質の折り畳み方が決まり、折り畳まれた形状によってその機能が決まります。たった1つのアミノ酸の誤りでも病気を引き起こすことがあります。鎌状赤血球貧血は、ヘモグロビン中のグルタミン酸がバリンに置換されることで発症します。

20種類の標準アミノ酸のうち9種類は必須アミノ酸であり、人体はこれらを合成できないため、食物から摂取する必要があります。残りの9種類は非必須アミノ酸であり、体内で合成できます。肉、卵、乳製品に含まれる完全タンパク質には、これら9種類の必須アミノ酸がすべて含まれています。植物性タンパク質は、しばしば1種類以上が不足しているため、米と豆類などを組み合わせることで、完全なタンパク質構成が得られます。

アミノ酸は、サプリメント、風味増強剤、神経伝達物質の前駆体としても利用されます。グルタミン酸は興奮性神経伝達物質であり、うま味の源です。トリプトファンはセロトニンの前駆体です。グリシンは鎮静作用のある神経伝達物質です。