人体にはLーアミノ酸やL-乳酸のようにL体しかだめな理由 |
光学活性のこと,アミノ酸などD-型とL-型のある化合物を化学合成するとラセミ体(D-体とL-体の等量混合物,DL-体)ができること,D-体とL-体は分子の形が相手の鏡像の関係にあり,旋光性以外の物理化学的性質が同じであること,しかしすでにD,Lに分離された分子は他のD-体とL-体に対して物理的にも化学的にも違う対応をする(分かり易い喩えでは,右の手袋に左手が入らない),などの予備知識はあるとして回答します.
以上の予備知識に不安があれば有機化学か生化学の本で理解しておいて下さい.
人間に限らず地球上のすべての生命体を構成する成分として,タンパクはL-アミノ酸だけからできています.抗生物質や細菌細胞壁などにD-アミノ酸がありますが,タンパクにはありません.またDNAはD-デオキシリボースに核酸塩基とリン酸基が結合してできたデオキシヌクレオチドがつながったもの,RNAはD-リボースに核酸塩基とリン酸基が結合してできたヌクレオチドがつながったものです(D-デオキシリボースもD-リボースも糖の仲間).つまり,DとLの区別のある化合物では原則としてどちらか一方だけが生きもの役に立ちます.日々の代謝で少しずつ分解して失われるタンパクを補充するにも,子供が大きく成長するときにも,D-アミノ酸ではタンパクをつくれません.タンパクを合成する細胞内のリボソームはRNAとタンパクでできた複合体で,RNAの成分はD-糖だしタンパクはL-アミノ酸からできているから,タンパク合成の原料であるアミノ酸のDとLを簡単に見分けてL-アミノ酸しか受け付けません.それに食物タンパクの消化ではL-アミノ酸しかできません.したがってD-アミノ酸を含むタンパクはできません.
なお,長い人生の間に身体のタンパクのごく一部のアミノ酸は勝手にD-アミノ酸に変わってしまうそうです(D-アミノ酸がタンパクに取込まれるのではなくて).これを元のL-アミノ酸に戻す酵素はないようです.老化の原因にはテロメア短縮,過酸化脂質の蓄積,などいろいろあるけれど,一部のアミノ酸のD化が一因だと考える学者もいます.もしリボソームがタンパク合成中に間違ってD-アミノ酸を取込むようなへまをやると(実際は絶対ないけど),若いうちに老化してしまうでしょう.現実の早老症(プロジェリア)は遺伝子欠陥が原因で,D-アミノ酸ではありません.
では,生命はなぜL-アミノ酸でできたタンパクに依存するか?
(1) アミノ酸を化学実験室で合成すればL-アミノ酸とD-アミノ酸の等量混合物ができます.生命が誕生した頃の地球上で太陽熱や雷の放電,または海底の熱水噴出口でアミノ酸や糖が自然に合成されたときも,まだ生物がいなかったわけだから実験室と同じで,L-アミノ酸とD-アミノ酸が等量できたはずです.このとき同時に糖とか核酸塩基も合成されます.核酸塩基にDLの区別はないけど,糖にはDLの区別があり,これも等量できたはずです.当時の大気の組成とか海水の状態を仮定して(本当のことは分からないから,今の科学の目でみて正しいと信じる仮定をおき),実験室で再現できるわけだから,ここまでは,たいていの学者が間違いないと信じています.
(2) 生物(といっても大腸菌ほどにも進化していない,生きものといっていいかどうかの細胞のようなもの)が出現する前に,アミノ酸がつながってタンパクのようなものに進化していきます.このときL-アミノ酸だけからできたL-タンパクとD-アミノ酸だけからできたD-タンパクのほか,L-アミノ酸とD-アミノ酸がでたらめな順序でつながった不規則なDL-混成タンパクもできたはずです.L-タンパクとD-タンパクは旋光性以外の分子の性質が全く同じだったはずですが,不規則DL-混成タンパクは全然違う性質なので生命体まで進化できなかったのでしょう.
(3) L-タンパクとD-タンパクの性能が同じなら,なぜL-タンパクをベースにした生き物とD-タンパクをベースにした生き物がいないのか? なぜL-タンパク生物だけがこの地球上に栄えているのか? これは生命誕生の謎の中で最高クラスの難問で,誰もが納得できる理論はありません.大昔DL-戦争があって,実力は互角だったはずだがたまたまL-タンパク生物が勝ち残ったと考える人もいます.しかし偶然だ,運がよかった,というのはサイエンスじゃありません.はっきり分かりませんといった方が正直です.パリティ非保存という物理学現象に関係あるんじゃないかという考えもあり,この方が発展性がありそうです.だれもが納得できるL-タンパク生き残り理論を確立すれば,ノーベル賞は無理でも進化生物学で注目されることは確かです.
TY
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