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BCAA指的是結構上含有支鏈的一群胺基酸，包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸。這三種胺基酸可以直接為骨骼肌提供能量，而不是像其它氨基酸那樣要先通過肝臟的新陳代謝，它們都屬於必需氨基酸，約占骨骼肌蛋白質的必需氨基酸35％左右，與骨骼肌的合成有著密切的關係。

BCAA結構之一的亮氨酸和它的同族兄弟異亮氨酸、纈氨酸一樣，是一個疏水氨基酸，作為一種結構成分存在於蛋白質和酶的內部。這些氨基酸似乎沒有其他顯著的代謝作用，但它們是必需的，因為它們不能由哺乳動物組織所合成，必須從飲食中攝取。

此外異亮氨酸也是親脂側鏈氨基酸家族的成員之一，由主要位於蛋白質和酶內部極端疏水基團組成。和該家族的其他成員亮氨酸、纈氨酸相同，異亮氨酸是一個不能由哺乳動物組織合成的必需氨基酸。這種氨基酸的另一個特徵是它們的主要作用就是整合成為蛋白質和酶，有助於維持這種大分子的三級結構。

最後的纈氨酸是功能上和結構上都和亮氨酸和異亮氨酸密切相關的一個親脂性氨基酸。這些氨基酸具有非常強的疏水性，通常位於蛋白質的內部。在通常的生物化學反應也很少用到它們，但由於它們的疏水性能，因此決定著蛋白質的三維結構。纈氨酸是必需氨基酸，必須從飲食中補充，纈氨酸的重要來源有大豆粉、鬆軟乾酪、魚、瘦肉、蔬菜。

由於支鏈氨基酸之間在吸收能力上具有相互競爭性，因此必須同時補充，才能保證最大程度的吸收。訓練時骨骼肌中支鏈氨基酸的消耗非常快，運動前或運動中補充支鏈氨基酸可以提高運動能力和延緩疲勞。運動後立刻或運動後隨餐服用支鏈氨基酸不僅可以降低皮質醇和快速恢復肌肉中支鏈氨基酸的水平，同時也會刺激胰島素的產生並促進肌肉對其它氨基酸的吸收。

BCAA最主要的功能在於促進運動後恢復期蛋白質的合成代謝，加速肌肉合成，減少肌肉組織的分解，有助於肌肉塊的增大。由於支鏈氨基酸還具有非常好的抗分解作用，有助於預防蛋白分解和肌肉丟失，這對那些正處於賽前控制飲食階段的人來說非常重要。從自然健美運動員的觀點來看，支鏈氨基酸是一種促合成劑，因為補充一般蛋白質還需要經過消化吸收過程，才能分解出少數支鏈氨基酸，故支鏈氨基酸必須從飲食中補充。