La leucina con isoleucina e valina sono gli aminoacidi a catena ramificata (BCAA) che costituiscono circa un terzo delle proteine muscolari. La leucina è la più studiata perché il suo tasso di ossidazione è superiore a quello dell'isoleucina o della valina.

In molti esami di laboratorio gli integratori a base di leucina hanno dimostrato di rallentare la degradazione del tessuto muscolare aumentando la sintesi delle proteine muscolari (Fonte: Combaret L1, Dardevet D, et al. A leucine-supplemented diet restores the defective postprandial inhibition of proteasome-dependent proteolysis in aged rat skeletal muscle). Di base la leucina è un amminoacido dietetico con la capacità di stimolare direttamente la sintesi proteica del muscolo miofibrillare (Fonte: Etzel MR. Manufacture and use of dairy protein fractions).

La leucina stimola anche la sintesi proteica nel muscolo ed è strettamente associata al rilascio di precursori gluconeogenici, come l'alanina, dal muscolo. Diminuzioni significative dei livelli plasmatici o sierici di leucina si verificano a seguito di sessioni aerobiche (dall'11 al 33%), anaerobiche (dal 5 all'8%) e di esercizi di forza (30%). Nel muscolo scheletrico, c'è una diminuzione del livello di leucina e una riduzione dei depositi di glicogeno durante l'esercizio aerobico completo. I livelli di leucina nel siero a digiuno basale diminuiscono del 20% durante 5 settimane di allenamento di velocità e forza in atleti allenati con un apporto giornaliero di proteine di 1,26 g/kg di peso corporeo. Il consumo di BCAA (dal 30 al 35% di leucina) prima o durante gli allenamenti può prevenire o diminuire il tasso netto di degradazione delle proteine, può migliorare le prestazioni sia mentali che fisiche e può avere un effetto mitigatore sulla degradazione del glicogeno muscolare e sull'esaurimento delle riserve di glicogeno muscolare. Inoltre, l'integrazione di BCAA (76% di leucina) in combinazione con un regime alimentare ipocalorico modesto induce significative perdite di tessuto adiposo (Fonte: Mero A. Leucine supplementation and intensive training).