高半胱氨酸是氨基酸半胱氨酸的异种，在旁链部份硫醇基（-SH）前包含一个额外的亚甲基（-CH2-）。高半胱氨酸的额外的亚甲基使硫醇基更接近羟基，自身脱水缩合生成高半胱氨酸硫内酯。当氨基酸正常地与它的毗邻形成一个肽键就会产生这种反应。高半胱氨酸之所以不适合与蛋白质混合，这是因含有高半胱氨酸的蛋白质会自行分解。
高半胱氨酸是从S-腺苷基蛋氨酸通过两个反应步骤途径形成，并能回转成蛋氨酸，或经过转硫途径而回转为半胱氨酸或牛磺酸。虽然高半胱氨酸可以回转为半胱氨酸，但没有证据显示人类直接食用高半胱氨酸会转化为半胱氨酸。
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