Leucyna i izoleucyna to dwa różne aminokwasy, substancje naturalnie występujące w żywności spożywanej przez ludzi, która jest głównym składnikiem białka pokarmowego. Oba są uważane za aminokwasy egzogenne, co oznacza, że organizm nie jest w stanie samodzielnie wytwarzać tych związków i dlatego muszą być spożywane w pożywieniu. Ponadto zarówno leucyna, jak i izoleucyna są łatwo dostępne w wielu bogatych w białko pokarmach roślinnych i zwierzęcych, takich jak orzechy włoskie, migdały, soja, jajka, mięso i mleko, a także są popularne w postaci suplementów. Należy zauważyć, że oba mają różne wzory chemiczne, pochodzą z różnych związków źródłowych, wymagają do syntezy działania różnych enzymów i mają nieco inne funkcje w organizmie.
Izoleucyna jest wytwarzana tylko przez rośliny i niektóre mikroorganizmy, w procesie obejmującym konwersję kwasu pirogronowego i z udziałem kwasu alfa-ketoglutarowego jako pośrednika. Kwas pirogronowy jest substancją wytwarzaną naturalnie w ramach metabolizmu węglowodanów i tłuszczów, natomiast kwas alfa-ketoglutarowy to kolejny związek metaboliczny. Oba ułatwiają oddychanie tlenowe w komórkach. Leucyna, chociaż również syntetyzowana przez mikroorganizmy i rośliny i zaangażowana w metabolizm kwasu pirogronowego, wymaga zaangażowania różnych substancji pośrednich, a mianowicie kwasu alfa-ketoizowalerianowego.
Leucyna i izoleucyna różnią się także enzymami niezbędnymi do ułatwienia ich syntezy w roślinach. Do wytworzenia izoleucyny z kwasu pirogronowego potrzebne są cztery enzymy, czyli substancje, które uruchamiają reakcje chemiczne: syntaza acetomleczanowa, izomeroreduktaza acetohydroksykwasu, dehydrataza dihydroksykwasów i aminotransferaza walinowa. W przeciwieństwie do tego, synteza leucyny wymaga trzech pierwszych oprócz syntazy alfa-izopropylomalanu, izomerazy alfa-izopropylomalanu i aminotransferazy leucyny.
Pokarmy roślinne, które syntetyzują duże ilości leucyny, obejmują soję, orzeszki ziemne, kiełki pszenicy i migdały. Pokarmy roślinne bogate w izoleucynę obejmują soję i wodorosty. Zwierzęta hodowane na żywność mają tendencję do spożywania dużej ilości pokarmów roślinnych zawierających aminokwasy, w tym kukurydzy, pszenicy i soi. Podobnie ryby hodowlane są karmione wodorostami. Z tego powodu dużo leucyny i izoleucyny przenosi się do pokarmów zwierzęcych spożywanych przez ludzi, w tym do jaj, drobiu, wołowiny, jagnięciny i ryb.
Te dwa aminokwasy po spożyciu pełnią również nieco inne funkcje w ludzkim ciele. Wraz z aminokwasem waliną, leucyna i izoleucyna są znane jako aminokwasy rozgałęzione (BCAA), co oznacza, że mają dodatkowy łańcuch boczny oparty na węglu w swojej strukturze molekularnej. BCAA są związane ze wzrostem i naprawą tkanek, dzięki czemu są popularne jako suplement wśród kulturystów i innych ciężarowców. Ponadto oba są magazynowane przez organizm w wątrobie, mięśniach i tkance tłuszczowej. Wykazano jednak, że tylko leucyna pobudza wytwarzanie białka w komórkach mięśniowych, co jest niezbędne do hipertrofii mięśni lub wzrostu.