시스테인(Cysteine)은 단백질을 구성하는 아미노산 중 하나로, 분자 구조 내에 황(S) 원자를 포함하고 있는 황 함유 아미노산이다. 화학식은 C3H7NO2S이며, 측쇄에 티올기(-SH)를 가지고 있는 것이 특징이다. 인간의 몸에서는 메티오닌으로부터 합성될 수 있기 때문에 비필수 아미노산으로 분류되기도 하지만, 유아나 특정 질환이 있는 경우에는 체내 합성량만으로는 부족할 수 있어 조건부 필수 아미노산의 성격을 띠기도 한다. 자연계에는 주로 L-시스테인 형태로 존재하며 생물학적으로 활발하게 기능한다.

시스테인의 가장 중요한 생물학적 역할 중 하나는 단백질의 3차원 구조를 형성하고 안정화하는 것이다. 두 개의 시스테인 분자가 서로 근접하면 각각의 티올기에서 수소가 제거되면서 황 원자 사이에 강한 공유 결합인 이황화 결합(Disulfide bond)이 형성된다. 이렇게 결합된 상태를 시스틴(Cystine)이라고 부른다. 이황화 결합은 단백질의 복잡한 구조를 단단하게 고정하는 역할을 하며, 특히 인슐린과 같은 호르몬이나 면역글로불린과 같은 항체의 구조적 안정성에 필수적이다. 또한 머리카락, 손톱, 피부의 주요 성분인 케라틴 단백질에는 시스테인이 다량 함유되어 있어 조직의 강도와 탄성을 유지하는 데 기여한다.

시스테인은 체내 항산화 시스템에서도 핵심적인 위치를 차지한다. 시스테인은 생체 내에서 가장 강력한 항산화제 중 하나인 글루타티온(Glutathione)을 합성하는 데 필요한 제한적 전구체이다. 글루타티온은 글루탐산, 시스테인, 글리신으로 구성된 트리펩타이드로, 세포 내에서 활성 산소를 제거하고 독성 물질을 해독하는 중요한 역할을 수행한다. 체내 시스테인의 공급 농도는 글루타티온 합성 속도를 결정하는 주요 요인이 되기 때문에, 시스테인의 적절한 섭취와 합성은 세포의 산화적 스트레스를 방지하고 간 기능을 보호하는 데 결정적인 영향을 미친다.

산업 및 의료 분야에서도 시스테인은 폭넓게 활용된다. 식품 산업에서는 빵 반죽의 물리적 성질을 조절하는 밀가루 개량제나 고기 향을 내는 향미료의 원료로 사용된다. 제약 분야에서는 가래의 점도를 낮추어 배출을 돕는 거담제의 성분으로 쓰이는데, 이는 시스테인이 점액 단백질 내의 이황화 결합을 끊어내는 성질을 이용한 것이다. 체내 대사 과정에서 시스테인은 메티오닌으로부터 시스타티오닌을 거쳐 합성되며, 대사 산물로 타우린이나 황산염을 생성한다. 시스테인 대사에 이상이 생길 경우 소변으로 과도한 시스틴이 배출되어 신장 결석을 유발하는 시스틴뇨증과 같은 유전 질환이 나타날 수 있다.