谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase）缩写为GS。为在ATP的存在下使氨与谷氨酸结合生成谷氨酰胺的酶，EC．6．3．1．2．L-谷氨酸+氨+ATPL-谷氨酰胺+ADP+Pi反应机制很复杂，要经过酶蛋白与γ-谷氨酰磷酸的中间体。与谷氨酰胺合成反应不同的是可将γ-谷氨酰基转移于适当的受体，具有如羟胺的γ-谷氨酰基转移酶的活性。广泛分布于微生物和高等动植物中，除了可供给谷氨酰氨外，还有与谷氨酸合成酶偶联向α-氨基酸供给氨基的重要功能。大肠杆菌和枯草菌的酶是由分子量为5万的单一的12个亚基组成，高等动植物由分子量为4万2千—4万4千的8个亚基组成。大肠杆菌酶的调节性质很复杂，由二价正离子（Mg2+及Mn2+）浓度不同而发生构象变化，从而活化或失活，谷氨酰胺代谢中的许多终产物（组氨酸、色氨酸及氨甲酰磷酸等）或AMP等起反馈抑制作用，而且由ATP作用的腺苷酸化或脱腺苷酸可使活性变化。腺苷酸化的酶谷氨酰氨合成活性非常低，而γ-谷氨酰胺基转移酶活性则不下降。腺苷酸化由特异的腺苷酸化酶来催化，但此酶因靠CTP的胞嘧啶核苷化而发生活性变化。枯草杆菌和高等动植物的酶则不因腺苷酸化而发生活性调节。