Prolin hat viele Eigenschaften mit der aliphatischen Gruppe gemeinsam.
Prolin ist formal gesehen KEINE Aminosäure, sondern eine Iminosäure. Trotzdem wird es als Aminosäure bezeichnet. Das primäre Amin am α-Kohlenstoff des Glutamatsemialdehyds bildet mit dem Aldehyd eine Schiffsche Base, die dann reduziert wird und Prolin ergibt.
Wenn Prolin in einer Peptidbindung ist, hat es keinen Wasserstoff an der α-Aminogruppe, so dass es keine Wasserstoffbindung zur Stabilisierung einer α-Helix oder eines β-Faltblattes spenden kann. Es wird oft fälschlicherweise behauptet, dass Prolin nicht in einer α-Helix vorkommen kann. Wenn Prolin in einer α-Helix vorkommt, hat die Helix aufgrund der fehlenden Wasserstoffbrückenbindung eine leichte Biegung.
Prolin findet sich häufig am Ende einer α-Helix oder in Windungen oder Schleifen. Im Gegensatz zu anderen Aminosäuren, die in Polypeptiden fast ausschließlich in der trans-Form vorkommen, kann Prolin in Peptiden in der cis-Konfiguration vorkommen. Die cis- und trans-Formen sind nahezu isoenergetisch. Die cis/trans-Isomerisierung kann eine wichtige Rolle bei der Faltung von Proteinen spielen und wird in diesem Zusammenhang näher erläutert.
Prolin ist die einzige zyklische Aminosäure.