Основная функция протеиногенных аминокислот заключается в построении белковых молекул в клетках живых организмов. Однако ряд аминокислот являются структурными элементами других важных природных соединений. Например, непротеиногенная аминокислота р-аланин входит в состав пантотеновой кислоты — витамина, играющего исключительно важную роль в обеспечении протекания реакций взаимопревращений углеводов и жиров.
Отдельные аминокислоты выполняют также целый ряд специфических функций.
Цистеин обладает радиозащитным свойством. При введении цистеина в организм до облучения он снижает степень поражения человека или животного ионизирующим излучением. Вещества, обладающие таким свойством, называют радиопротекторами (лат. "radiare" — излучать + "protector" — защитник). Некоторые аминокислоты оказывают воздействие на передачу нервных импульсов от одной нервной клетки к другой, т. е. выполняют функцию нейромедиаторов (греч. «нейрон» — нерв + лат. "mediator" — посредник). Например, аспарагиновая и глутаминовая кислоты являются возбуждающими, а глицин и непротеиногенная у-аминомасляная кислота — тормозящими нейромедиаторами центральной нервной системы.
При окислении тирозина образуются меланины (греч. «меланос» — черный) — черные или темно-коричневые пигменты, ответственные за окраску шерсти животных, оперения птиц, цвет радужной оболочки глаз, волос, кожи человека. Образование меланинов происходит и при изготовлении некоторых пищевых продуктов, например: ржаного хлеба, макарон, что приводит к их потемнению. Меланины содержатся в лузге плодов подсолнечника, головневых грибах и т. д.
Аминокислоты могут вступать в реакции с восстанавливающими сахарами. В ходе реакции выделяются углекислый газ и аммиак, аминокислота превращается в соответствующий альдегид, а сахар — в фурфурол или оксиметилфурфурол. Образующиеся альдегиды обладают различными запахами, которые обуславливают специфический аромат того или иного пищевого продукта. Фурфурол и оксиметилфурфурол вступают в реакции с аминокислотами, приводя к образованию темно-окрашенных продуктов — меланоидинов (греч. «меланос» — черный + «эйдос» — вид). Эти реакции протекают при повышенных температурах, например при выпечке хлеба, сушке макарон, жарке овощей, рыбы, мяса и др., придавая продуктам характерную коричневую окраску.
Некоторые аминокислоты, такие как глицин, аланин, серии, треонин и др., обладают сладким вкусом и могут найти применение как заменители сахара. L-Глутаминовая кислота имеет характерный вкус мяса; ее натриевая соль (глутамат натрия) широко применяется в качестве вкусовой добавки.