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La isoleucina (abreviada como Ile o I) es un α-aminoácido con la fórmula química HO2CCH(NH2)CH(CH3)CH2CH3. Es un aminoácido esencial, lo que significa que los humanos no pueden sintetizarlo, por lo que debe ser ingerido. Sus codones son AUU, AUC y AUA. Con una cadena lateral de hidrocarburos, la isoleucina se clasifica como un aminoácido hidrófobo. Junto con la treonina, la isoleucina es uno de los dos aminoácidos comunes que tienen una cadena lateral quiral. Cuatro estereoisómeros de isoleucina son posibles, incluyendo dos posibles diastereomeros de L-isoleucina. Sin embargo, la isoleucina presente en la naturaleza existe en una forma enantiomérica, (ácido 2S,3S)-2-amino-3-metilpentanoico.