D-胺基酸

為例，呈現其在生理pH值下的兩性離子形式。]]

D-胺基酸（）是指胺基旁之掌性α-碳具有D-構型的胺基酸。天然存在的胺基酸大多為L-構型，D-胺基酸僅偶爾以蛋白質殘基的形式出現於自然界中，由核糖體生成的D-胺基酸殘基所構成。

胺基酸是胜肽、胜肽激素、結構蛋白與免疫蛋白的構成單元，與核酸、碳水化合物及脂質同為參與所有生命過程的核心生物調節物質。環境中的D-胺基酸一般認為源自於有機成岩作用（如外消旋作用）、細菌細胞壁的釋出，甚至是微生物本身的生成。

發現
1950年代，科學家首次發現D-胺基酸。Auclair與Patton於1950年率先報告牠們存在於昆蟲與軟體動物的血液中。 後續研究也在多種哺乳動物組織中鑑定出D-胺基酸。哺乳動物體內合成且含量最多的兩種D-胺基酸分別是D-天冬氨酸（D-Asp）與D-絲氨酸（D-Ser）。D-Asp存在於脊椎動物與無脊椎動物中，參與神經與內分泌系統的發育。

D-胺基酸的一端為羧基，另一端為側鏈基團。視對映異構體而定，分子相對的兩端分別帶有胺基與氫基。分子中心有一個掌性碳原子，使得分子能以不同的立體異構體形式存在；這些對映異構體之間的唯一差別，在於自由基團的空間取向。以為例，其羰基與羥基（醇）圍繞中心掌性碳排列；的取向則正好相反。

分佈與用途
儘管D-胺基酸在生物體內僅為微量成分，牠們在自然環境中卻廣泛存在，包括土壤、河流、湖泊、海洋系統、雪與冰、大氣氣膠及降水中。多種海洋微生物會產生D-胺基酸，這些微生物在海洋的碳循環與能量循環中扮演重要角色，並以D-胺基酸的形式貢獻於海洋碳庫。 牠們也是細菌肽聚醣細胞壁中的豐富成分， 而D-絲氨酸可能是腦中的一種神經傳導物質。 在外消旋晶體學中，研究人員利用D-胺基酸來構建中心對稱晶體，這可能使蛋白質結構的解析過程更為容易且穩健。

短桿菌肽是由D-與L-胺基酸混合組成的多肽。 其他含有D-胺基酸的化合物還包括短桿菌酪肽與纈氨黴素，這些化合物會破壞細菌細胞壁，尤其對革蘭氏陽性菌效果顯著。截至2011年，在Swiss-Prot資料庫所分析的總計1.87億個胺基酸殘基中，僅發現837個D-胺基酸殘基。

螢光標記的D-胺基酸（即螢光D-胺基酸，FDAAs）已被用於原位標記革蘭氏陽性與革蘭氏陰性菌中的細菌肽聚醣。

細菌與D-胺基酸
細菌可能是利用D-胺基酸能力最強的生物。目前已證實細菌能合成超過十種D-胺基酸，其中最常見的是D-丙氨酸與D-谷氨酸，主要用於肽聚醣細胞壁的交聯反應。此外，細菌釋出的胞外D-胺基酸還會調控細胞壁的重塑，並被認為在細菌之間發揮訊號傳遞的功能，協助牠們適應頻繁變化的環境。除了在細胞壁中的結構功能外，D-胺基酸還與細菌的生長適應性、生物薄膜發育、孢子發芽及訊號傳導等過程密切相關。

生物合成
至少有兩個酶家族能將L-胺基酸轉化為D-胺基酸。胺基酸消旋酶是一種依賴PLP的酶，透過形成α-亞胺酸中間體（此時掌性中心消失）來使胺基酸發生外消旋化。L-胺基酸氧化酶則將L-胺基酸轉化為α-酮酸，而酮酸容易受到還原胺化作用。某些胺基酸特別容易發生外消旋化，例如離氨酸可透過形成哌啶酸而發生外消旋化。

在胜肽中，L-胺基酸殘基會緩慢地外消旋化，從而生成部分D-胺基酸殘基。外消旋化反應透過醯胺基旁之次甲基的去質子化而發生，其反應速率隨pH值升高而增加。

高等生物體內發現的許多D-胺基酸，實際上源自微生物。構成細菌細胞壁肽聚醣中的D-丙氨酸，有助於宿主抵抗蛋白水解酶的攻擊。多種抗生素（例如桿菌肽）也含有D-胺基酸殘基。

先前研究
Phaeobacter sp. JL2886 是一種深海菌株，於2012年從南海兩千米深的沉積物中分離出來，研究人員已對其全基因組序列進行分析。在另一項研究中，科學家從日本相模灣深海（深度800至1500公尺）採集的56份沉積物樣本中，分離出28種能夠利用D-胺基酸的菌株。 此外，也有研究嘗試分離因D-胺基酸而生長更旺盛的微生物。多數研究與實驗主要聚焦於D-丙氨酸、D-天冬氨酸與D-谷氨酸，這三種是活生物體中最常見的D-胺基酸。同時，牠們也作為海洋中許多基本過程的氮源。

參考文獻