脯氨酸是從氨基酸L-谷氨酸中生物合成的。谷氨酸-5-半醛首先由谷氨酸5-激酶(依賴于ATP)和谷氨酸-5-半醛脫氫酶(需要NADH或NADPH)形成。然后它可以自發環化形成1-吡咯啉-5-羧酸,其被吡咯啉-5-羧酸還原酶(使用NADH或NADPH)還原為脯氨酸,或通過鳥氨酸氨基轉移酶轉化為鳥氨酸,然后通過鳥氨酸環脫氨酶環化形成脯氨酸。