概念
非蛋白質胺基酸是相對於組成蛋白質的20種常見胺基酸而言，指除組成蛋白質的20種常見胺基酸以外的含有氨基和羧基的化合物。非蛋白質胺基酸多以游離或小肽的形式存在於生物體的各種組織或細胞中。非蛋白質胺基酸多為蛋白胺基酸的取代衍生物或類似物，如磷酸化、甲基化、糖苷化、羥化、交聯等。除此之外，還包括D-胺基酸及β、y、δ胺基酸等。據統計，從生物體內分離獲得的非蛋白質胺基酸已達700多種，在動物中發現的有50多種，植物中發現的約240種，其餘多存在於微生物中，其中已測定分子結構的有400多種。非蛋白質胺基酸在生物體內可參與儲能、形成跨膜離子通道和充當神經遞質，並在抗腫瘤、抗菌、抗結核、降血壓、升血壓、護肝等方面發揮極其重要的作用。非蛋白質胺基酸還可以作為合成其他含氮物質的前身，如抗生素、激素、色素、生物鹼等。
套用
非蛋白質胺基酸，即非基因編碼胺基酸，具有結構多樣化及多功能性等特點，作為手性結構元件及分子骨架，是現代藥物開發研究中十分重要的工具。有些非蛋白質胺基酸本身具有藥用價值，例如，L-多巴用於緩解帕金森氏病發抖、僵化及行動緩慢等某些症狀，D-青黴胺用於治療風濕關節炎，D-環絲氨酸具有抗菌作用等。同時，非蛋白質胺基酸也是目前某些市場銷售藥物中的重要組分，如D—苯基甘氨酸和D-4-羥基苯甘氨酸分別用於半合成廣譜抗菌素氨苄西林和阿莫西林，一種多肽藥物促黃體(生成)激素—釋放激素類似物那法瑞林中發現D-2-萘基丙氨酸，高血壓治療中一種重要的有效藥物依那普利中含有L—高苯丙氨酸，抗腫瘤藥物泰素(紫杉醇注射液)中含有(2R，3S)-苯基異絲氨酸等。
在多肽類似物的合成中，通常利用非蛋白質胺基酸，尤其是合成得到的葉胺基酸，限制化合物構象靈活度、增強酶穩定性，提高藥效和生物利用率。雖然數量相對較少，在自然產物中發現的D-胺基酸具有特殊的藥理學性質，它們是合成B-內醯胺前體及有效酶抑制劑的關鍵組分，包括他汀類、胃酶抑素及氨肽酶抑制劑，同樣，β-胺基酸也是藥物研發中十分重要的一種構成元件。由此可以看出，作為藥物中間體，非蛋白質胺基酸在藥物研發製備領域具有不可缺少的重要作用。
合成
天然L-胺基酸可通過發酵或從廉價原料中提取等具有成本效益的方式進行生產，而非蛋白質胺基酸的製造更加複雜，並且成本更高，通常先由化學法合成外消旋混合物，在通過酶促分離得到產物，另一種方式則是通過生物催化或不對稱加氫反應將非手性前體引入手性中心。根據代謝工程原理，調控大腸桿菌半胱氨酸生物合成途徑，在細菌中以發酵為基礎過程合成非蛋白質胺基酸是一個研究熱點。
O-乙醯絲氨酸(硫醇)裂解酶(D-acetylserine sulfhydrylase，OASS)能夠利用親核試劑合成非蛋白質胺基酸。OASS的兩種同工酶A和B能夠作用多種類型的硫醇和硒醇，還有疊氮化物及氰化物等也能有效參與反應，由吡咯，咪唑及噠嗪作用結果可以推斷出雖然部分芳香族N-雜環化合物可用作反應底物，但含有至少兩個相鄰的氮原子的五元環結構是反應所必需的。雖然，兩種酶的作用底物範圍很相似，但在底物的偏好上還是有所差異。OASS-A與N-雜環化合物反應性較高，而OASS-B與硫醇作用效果更佳，其中硫代硫酸鹽及1，2，4-惡二唑烷-3，5-二酮只與OASS-B作用反應。由此可以看出，利用半胱氨酸生物合成體系是酶法合成非蛋白質胺基酸的有效途徑。
