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脫氫酶(GSADH)的作用下生成谷氨酸一半醛(GSA)，GSA自發環化為吡咯琳-5-羧酸(P5C)，在吡咯琳-5-羧酸還原酶(P5CR)的作用下還原為脯氨酸。
脯氨酸在植物體內的降解基本上是合成過程的逆過程，這一過程首先發生在線粒體中，脯氨酸在線粒體中由脯氨酸脫氫酶(ProDH)催化，生成P5C，P5C在吡咯琳-5-羧酸脫氫酶(P5CDH)作用下生成谷氨酸，在植物受到滲透脅迫時，氧化降解的過程受到抑制，這樣細胞中脯氨酸含量增加，植物復水，此過程又會被誘導，導致脯氨酸含量下降。