谷氮酰胺合成酶（glutamine synthetase，GS）是催化谷氨酸和铵根合成谷氨胺反应的酶。这一反应消耗腺苷三磷酸，并要求镁或锰离子参与。谷氨酰胺又是植物贮存氮素的一个重要形式。在植物体内离子浓度高时，谷氨酰胺大量合成，可防止铵离子积累中毒。谷氨酰胺合成酶的活力是衡量植物氮素同化水平的一项重要生理指标。

谷氨酰胺合成酶可分为三大类：

GSI：分布于原核生物。

GSII：主要分布于真核生物和少量细菌，如根瘤菌和放线菌。

GSIII：目前只在少量的细菌中有发现，如脆弱类杆菌和溶纤维丁酸弧菌。

而在维管植物的种子、叶、根、根瘤和果实等器官中就分布着多种GS的同工酶，分为GS1、GS2、GSx三类：

GS1：胞质型GS或胞液型GS，由3-5个核基因编码；主要参与种子萌发时储存氮源的转运及叶片衰老时氮源的转移再利用。

GSra

GSrb

GS2：质体型GS或叶绿体型GS，由1个核基因编码；主要参与光呼吸以及硝酸还原产生的氨的同化过程。

GSx：通常含量较少。

谷氮酰胺合成酶催化谷氨酸和铵离子合成谷氨酰胺。

这一反应消耗腺三磷酸，并要求镁或锰离子参与。谷氨酰胺可进一步作为氨的供体，通过谷氨酸合成酶的作用，与口一戊二酸反应生成谷氨酸。这是维管植物中无机氮转变为有机氮的一条主要途径。谷氨酰胺又是植物贮存氮素的一个重要形式。在植物体内铵离子浓度高时，谷氨酰胺大量合成，可防止铵离子积累中毒。

谷氨酰胺这种氨基酸，不仅被细胞用来合成蛋白质，也是用来运输氨的。自由的铵离子对生物有毒性，在血液中不能太多，但是一些生物过程又会产生游离的铵离子；所以就让谷氨酰胺来运输这些铵根。当细胞需要运输多余的铵离子的时候，就用铵离子和谷氨酸来合成谷氨酰胺，同时消耗atp。谷氨酰胺合成酶催化的就是这个反应。这个反应分成两步进行，酶先让ATP和谷氨酸反应，生成γ-谷氨酰磷酸；接着铵离子上来，替换掉磷酸。在维管植物的研究中，GS也常被定义为植物氨同化所必需的酶。人谷氨酰胺合成酶叫做hGS。