在谷氨酰胺的代谢中，肝脏无疑发挥着重要作用。肌肉产生谷氨酰胺（通过谷氨酰胺合成酶的作用），肠道消耗谷氨酰胺（通过谷氨酰胺酶的作用）。而肝脏既是谷氨酰胺的合成者，又是谷氨酰胺的消耗者。如果促使谷氨酰胺产生和消耗的酶的活性相同的话，那么就不会很有益于机体，谷氨酰胺的净增或减少都将等于零。因此，谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺酶在肝脏内所起的作用就是：当机体需要谷氨酰胺时，就产生谷氨酰胺，当机体不需要谷氨酰胺时，则转换为其他种类的氨基酸或裂解为氮源，后者转化为尿素，然后作为废物排出。
当氨基酸裂解为氮源时，氮原子被释放出来时。尽管氮是所有氨基酸中的必须成分，但过量的氮源则是有害的;它会形成对大脑有毒的氨。肝脏以两种途径排出过量的氨：利用氮源形成尿素，转运入血，由尿中排出；或者使氮与谷氨酸结合，形成谷氨酰胺。该过程如下：还有氨的血液进入肝静脉窦，在门静脉附近的肝细胞内与尿素合成酶相互作用，氨与酶的反应产生大量尿素；但有些氨则游离其他肝静脉窦内，当其通过肝静脉窦时，最终与谷氨酰胺合成酶起作用。这样，该系统不但排出氨，也形成谷氨酰胺，在氨基酸中，唯有谷氨酰胺含有两个氮原子，因此，作为氮的往返机制，它特别有利于机体收集氮源，并转运到机体其他部位，发挥其他功能。谷氨酰胺是机体在氮的再循环中所必须的物质。
