在谷氨酰激酶(γ- GK)的作用下谷氨酸生成谷氨酰磷酸(γ-GP)，而后在谷氨酸一半醛脱氢酶(GSADH)的作用下生成谷氨酸一半醛(GSA)，GSA自发环化为吡咯琳-5-羧酸(P5C)，在吡咯琳-5-羧酸还原酶(P5CR)的作用下还原为脯氨酸。

脯氨酸在植物体内的降解基本上是合成过程的逆过程，这一过程首先发生在线粒体中，脯氨酸在线粒体中由脯氨酸脱氢酶(ProDH)催化，生成P5C，P5C在吡咯琳-5-羧酸脱氢酶(P5CDH)作用下生成谷氨酸，在植物受到渗透胁迫时，氧化降解的过程受到抑制，这样细胞中脯氨酸含量增加，植物复水，此过程又会被诱导，导致脯氨酸含量下降。