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D-アミノ酸は、アミノ基のα位の立体中心炭素がD配置であるアミノ酸です。ほとんどの天然アミノ酸では、この炭素はL配置です。D- アミノ酸は、タンパク質の残基として自然界に時折見られます。これらは、リボソーム由来のD-アミノ酸残基から形成されます。 [ 1 ]
アミノ酸は、ペプチド、ペプチドホルモン、構造タンパク質、免疫タンパク質の構成要素として、核酸、炭水化物、脂質とともに、あらゆる生命過程に関わる最も重要な生体調節物質です。「環境中のD-アミノ酸は、ラセミ化や細菌細胞壁からの放出、さらには微生物による生成など、有機物の続成作用に由来すると考えられています。」[ 2 ]
それらの発見は1950年代のことでした。「オークレールとパットン（1950）は、昆虫と軟体動物の血液中にそれらが存在することを初めて報告しました。」[ 3 ]また、さまざまな哺乳類の組織でも確認されています。哺乳類で合成される2つの主要なD-アミノ酸は、 D-アスパラギン酸（D -Asp）とD-セリン（D -Ser）です。「D -Aspは脊椎動物と無脊椎動物に存在し、神経系と内分泌系の両方の発達に関与しています。」[ 3 ]大量のD -Serは脳でも検出され、中枢神経系の発達において重要な調節的役割を果たし、「学習、記憶、および哺乳類の行動と密接に関連しています。」また、大量のD -Serが「ヒトの尿中にも検出されており、尿路系における病原性遺伝子発現の調節的役割を果たしています。」[ 3 ]さらに、それらは一部の海洋無脊椎動物の特定の組織でも確認されており、「浸透圧の調節に関与している可能性がある」。[ 3 ]しかし、それらが海水から吸収されるのか、生物自身によって作られるのかはまだ不明である。それらは植物でも確認されている。[ 3 ]また、多くのD-アミノ酸は植物の成長を阻害するが、「一部の植物は ᴅ-アミノ酸を吸収して代謝または同化することができる」。[ 3 ]
L-アミノ酸とD-アミノ酸は通常エナンチオマーです。例外は、2つの立体中心を持つ2つのアミノ酸、トレオニンとイソロイシンです。これら2つの特殊なケースを除けば、L-アミノ酸とD-アミノ酸は多くの条件下で同一の性質（色、溶解度、融点）を持ちます。しかし、キラルな生物学的文脈では、これらのエナンチオマーは非常に異なる挙動を示すことがあります。そのため、D-アミノ酸は消化されにくいため、栄養価が低いのです。[ 4 ]
それらは一方の端にカルボキシル基、もう一方の端に側鎖基を持つ。また、どちらの鏡像異性体を見ているかによって、反対側の端にアミン基と水素基を持つ。さらに、キラル炭素中心も持つ。これが、分子が異なる立体異性体として存在できる理由であり、これらの鏡像異性体間で異なるのはラジカル基の配向だけである。一方、 D-グリセルアルデヒドは、カルボニル基とヒドロキシ（アルコール）基を持ち、キラル炭素が中心にある。配向は、 L-グリセルアルデヒドの場合と再び異なる。
D-アミノ酸は生物の最小構成成分であるにもかかわらず、土壌、河川、湖沼、海洋系、雪氷、エアロゾル、降水など、幅広い自然環境に存在します。これらはいくつかの海洋微生物によって生成され、海洋における炭素循環とエネルギー循環において重要な役割を果たし、海洋炭素貯蔵庫への炭素源として貢献しています。[ 2 ]
D-アミノ酸残基は、イモガイやオスのカモノハシの毒に存在します。[ 5 ] [ 6 ]また、細菌のペプチドグリカン細胞壁の豊富な成分でもあり、 [ 7 ] D-セリンは脳内で神経伝達物質として作用する可能性があります。 [ 8 ] D-アミノ酸は、ラセミ結晶学において中心対称結晶を作成するために使用され、タンパク質によっては、より容易で確実なタンパク質構造決定を可能にする場合があります。[ 9 ]
グラミシジンは、 D-アミノ酸とL-アミノ酸の混合物からなるポリペプチドである。 [ 10 ] D-アミノ酸を含む他の化合物には、チロシジンとバリノマイシンがある。これらの化合物は、特にグラム陽性菌において、細菌の細胞壁を破壊する。2011年現在分析された合計 1億8700 万個のアミノ酸のうち、Swiss-Protデータベースにはわずか 837 個のD-アミノ酸しか見つかりませんでした。 [ 11 ]
蛍光標識されたD-アミノ酸、すなわちFDAAは、グラム陽性菌とグラム陰性菌の両方において、細菌ペプチドグリカンのin situ標識に使用されてきた。 [ 12 ] [ 13 ]
細菌はおそらくD-アミノ酸を利用する能力が最も高い。細菌は10種類以上のD-アミノ酸を合成することが知られており、最も頻繁に合成されるのはペプチドグリカン細胞壁内の架橋のためのD-アラニンとD-グルタミン酸である。さらに、細菌から放出される細胞外D-アミノ酸は細菌細胞壁のリモデリングも制御し、細菌間で頻繁に変化する環境に適応する機能も担っていると考えられている。細菌細胞壁の構造的機能以外にも、D-アミノ酸は成長の適応性や、バイオフィルム形成、胞子発芽、シグナル伝達などのさらなるプロセスにも関連している。[ 2 ] [ 3 ]
少なくとも2つの酵素ファミリーがL-アミノ酸をD-アミノ酸に変換します。PLP依存性酵素であるアミノ酸ラセマーゼは、立体中心が失われたα-イミノ酸の形成を介してアミノ酸をラセミ化します。L-アミノ酸オキシダーゼは、 L-アミノ酸を還元アミノ化を受けやすいα-ケト酸に変換します。一部のアミノ酸はラセミ化しやすく、その一例としてリジンがあり、これはピペコリン酸の形成を介してラセミ化します。
ペプチドでは、L-アミノ酸残基はゆっくりとラセミ化し、その結果、一部のD-アミノ酸残基が生成される。ラセミ化は、アミド基のα位にあるメチン基の脱プロトン化によって起こる。ラセミ化速度はpHの上昇とともに増加する。
高等生物に見られる多くのD-アミノ酸は微生物由来である。細菌の細胞壁を構成するペプチドグリカン中のD-アラニンは、宿主がタンパク質分解酵素による攻撃に抵抗するのを助ける。バシトラシンなどのいくつかの抗生物質はD-アミノ酸残基を含んでいる。 [ 4 ]
2012年に南シナ海の水深2000mの堆積物から分離された深海株であるPhaeobacter sp. JL2886は、「全ゲノム配列が解析された」。別の研究では、日本の相模湾の深海（水深800～1500m）から採取された56の堆積物から、「28のD-アミノ酸利用菌」が分離された。 [ 2 ] D-アミノ酸によってより健康的に成長する微生物を隔離する独立した試みも行われている。実施された研究や実験のほとんどは、 生物に見られる最も一般的なD-アミノ酸であるD-アラニン、D-アスパラギン酸、D-グルタミン酸を主に利用している。さらに、これらは海洋に関わる多くの基本的なプロセスの窒素源としても役立つ。[ 2 ]
