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L'isoleucina è un amminoacido apolare, la sua molecola è chirale.
L'enantiomero L è uno dei 20 amminoacidi ordinari, il suo gruppo laterale è un sec-butile.
L'isoleucina viene definita un amminoacido chetogenico, perché tra i prodotti della sua degradazione figura l’acido acetoacetico, un corpo chetonico.
Negli esseri umani è essenziale, cioè deve essere assunto tramite il cibo, dato che l'organismo umano non è in grado di sintetizzarlo. Gli alimenti che maggiormente la contengono sono : Agnello, maiale, pollo, bresaola, salame, bottarga, tonno, legumi, arachidi, provolone, pinoli, grana, pecorino, uova. Fondamentale per la formazione di emoglobina, viene principalmente metabolizzata nel tessuto muscolare. La sua presenza nel corpo umano deve essere bilanciata con l'L-Valina e la L-Leucina : insieme favoriscono il metabolismo delle proteine nel fegato.