人体内大多数组织均能合成谷氨酰胺，正常状态下，完全可以满足机体的需要，然而在创伤、感染、运动等应激状态下，机体处于超高代谢状态，骨骼肌蛋白大量分解，向血中释放出谷氨酰胺，机体谷氨酰胺库被严重消耗。同时其它组织器官，如小肠、淋巴细胞等，对血中谷氨酰胺摄取增加，使血浆中和细胞内谷氨酰胺浓度下降。说明在应激状态下，机体对谷氨酰胺的需要量大大增加，超过了机体的合成能力，此时谷氨酰胺是一种条件必需氨基酸，给机体补充谷氨酰胺是极为必要的。
动物实验提示：外源性补充谷氨酰胺，小鼠脾淋巴细胞自然增殖和刺激增殖都增强，B淋巴细胞分泌抗体能力也增强，吞噬细胞的吞噬活性增强，红细胞免疫功能明显加强。说明给动物适量补充谷氨酰胺可以显著增强其免疫机能。
虽然有关运动员使用谷氨酰胺的资料很缺乏，但根据现有的资料可以认为补充谷氨酰胺可能对从事长时间大强度训练的运动员具有良好的作用。谷氨酰胺是运动员增长肌肉和力量的必需营养素，其作用体现在：
(1)谷氨酰胺是一种很有效的抗分解代谢剂，当肌内谷氨酰胺浓度较高时，其他氨基酸不能再进入谷氨酰胺产生的环节中，从而利于蛋白质合成;另外，谷氨酰胺还起维持体内氨基酸平衡的作用，使机体合成更多的蛋白质。
在应激反应(如手术、脓毒症、运动)后补充谷氨酰胺可以保持提高骨骼肌的水合状态，导致细胞体积增大。细胞体积增大本身就是肌肉细胞的合成信号。因为细胞内谷氨酰胺浓度下降是剂量依赖性的(即应激越强烈，下降越明显)，所以可以推测长时间运动训练会增加谷氨酰胺的需要量，外源性补充对提高运动能力是必需的。
谷氨酰胺在人体胃肠道能有效地吸收，口服是一种有效的补充外源性谷氨酰胺的方法。在高代谢条件下，胃肠功能受到抑制，可能引起肠粘膜损伤、通透性增高，造成细菌、毒素移位，而进一步加重机体高代谢状态。谷氨酰胺是小肠细胞代谢的重要基质，充足的谷氨酰胺是小肠保持正常代谢、结构的功能的重要条件之一。在应激反应后外源性补充谷氨酰胺可增加肠粘膜细胞对谷氨酰胺的摄取，减轻肠粘膜损伤和细菌移位，促进肠功能恢复。
(2)免疫系统所有细胞的复制都需要谷氨酰胺。运动研究发现，它具有增强免疫力的作用，对大强度训练引起运动员免疫系统功能下降有积极的恢复作用。
应激反应常引起机体免疫抑制，而体内谷氨酰胺缺乏可进一步加重应激反应后的免疫抑制，延缓免疫抑制的恢复;补充谷氨酰胺能明显减少免疫功能指标的受抑程度，缩短免疫受抑的持续时间，由此提示应激反应后外源性补充谷氨酰胺能明显改善细胞的免疫功能。
在过度训练时，谷氨酰胺补充可能有益于运动员。睾酮/皮质醇水平下降是过度训练状态的一个标志。它反映了机体代谢向分解代谢状态转化。而糖皮质激素会加速肌肉内谷氨酰胺的释放，而补充谷氨酰胺会减少肌肉谷氨酰胺和蛋白质丢失。也许，过度训练的运动员补充谷氨酰胺，将阻止皮质激素水平增高引起的蛋白质丢失。过度训练的运动员免疫系统功能的抑制，可通过额外补充谷氨酰胺帮助维持正常免疫系统功能。
(3)谷氨酰胺是强有力的胰岛素分泌刺激剂。谷氨酰胺还可以为糖原合成和糖异生提供底物。它在减轻高脂膳食继发的胰岛素抵抗中的作用可预防肥胖。
(4)谷氨酰胺能最大限度地促进肌酸增长。1996年一项研究报道，仅服2克谷氨酰胺就能引起血液生长激素水平的明显提高。运动营养专家称之为一种挖掘肌肉功能潜力的关键物质，是维持人体健康的重要物质。
在力竭性训练后，谷氨酰胺含量将消耗40%以上，所以补充谷氨酰胺十分必要。但是，运动后一般不直接补充谷氨酰胺，因为服用后会增加机体的氨负担。α-酮戊二酸是谷氨酰胺的前体，机体能利用鸟氨酸与α-酮戊二酸产生谷氨酰胺。鸟氨酸、α-酮戊二酸合剂(OKG)是由2个分子鸟氨酸和1分子α-酮戊二酸盐组成的。这两种氨基酸结合在一起，在胰岛素、生长激素的分泌调节中发挥的作用更大。
补充谷氨酰胺能增加肌糖原的积累。因为谷氨酰胺是胃肠道和免疫系统细胞的重要燃料，所以可推知日常膳食补充谷氨酰胺可以从本质上节约蛋白质。但从事大强度运动训练的运动员，谷氨酰胺利用的需要量会超过组织器官特别是骨骼肌和脂肪组织的释放量，以保持正常体液水平，促进肌肉蛋白质合成代谢发生。对于多数运动员，肌肉蛋白质总量的保持是影响运动能力的一个关键因素。补充谷氨酰胺能防止过度训练导致的瘦体重的丢失并能促进力量型运动员的瘦体重的增长，且有利于改善免疫系统机能，减少过度训练导致的感染性疾病的发生率。
