多くのアミノ酸は，立体異性体を持ちます．その理由は，α炭素がキラル中心になっているからです．キラル中心とは，4種類の異なる置換基が結合した炭素原子のことです．タンパク質を構成する多くのα-アミノ酸では，α炭素にアミノ基，カルボキシ基，水素原子，側鎖R基が結合しているため，キラル中心になります．NCBI Bookshelfでは，タンパク質構成アミノ酸はα-アミノ酸であり，グリシンを除いてα炭素にキラル中心を持つと説明されています．
D体とL体の表記
アミノ酸の立体化学でよく出てくる表記に，D体とL体があります．D/L表記は，グリセルアルデヒドを基準にした相対配置を表す方法です．タンパク質を構成する標準的なアミノ酸は，基本的にL-アミノ酸です．NCBI Bookshelfでも，タンパク質を構成する20種類のアミノ酸はすべてL異性体であると説明されています．
D/L表記とR/S表記の違い
D/L表記とR/S表記は同じものではありません．
| 表記体系 | 基準 | タンパク質構成アミノ酸 | 例外 |
|---|---|---|---|
| D/L表記 | グリセルアルデヒドを基準とした相対配置 | L体 | グリシン（キラル中心なし） |
| R/S表記 | CIP順位則による絶対配置 | S配置が多い | システイン（R配置） |
D/Lは歴史的な相対配置に基づく表記であり，R/SはCIP順位則に基づく絶対配置です．多くのL-アミノ酸はS配置を持ちますが，システインは側鎖に硫黄を含むため優先順位が変わり，例外的にR配置になります．NCBI Bookshelfでも，グリシンとシステインを除く標準アミノ酸はR/S表記ではS配置であり，システインは硫黄を含むR基のためR配置になると説明されています．
構造式でのキラル中心の確認
構造式でキラル中心を見つけるときは，α炭素に注目します．その炭素に結合している4つの置換基がすべて異なっていれば，キラル中心です．
| アミノ酸 | α炭素の置換基 | キラル中心 |
|---|---|---|
| アラニン | NH2，COOH，H，CH3 |
あり（4種類すべて異なる） |
| グリシン | NH2，COOH，H，H |
なし（水素が2つ） |
| アラニン | グリシン | システイン |
|---|---|---|
|
|
|
アラニンでは，α炭素に NH2，COOH，H，CH3 が結合しています．4つがすべて異なるため，アラニンはキラルです．一方，グリシンではR基が水素です．α炭素には NH2，COOH，H，H が結合するため，4種類にならず，キラル中心を持ちません．PubChemでも，グリシンは側鎖が水素原子であり，唯一のアキラルなタンパク質構成アミノ酸と説明されています．
D体・L体と旋光方向
D体とL体は鏡像異性体（エナンチオマー）の関係にあります．同じ分子式，同じ結合関係を持っていても，空間配置が鏡像関係で重ね合わせられない場合，エナンチオマーと呼ばれます．アミノ酸では，この立体配置の違いが生体分子との相互作用に大きく影響します．生体内の酵素や受容体は立体構造を持つため，L体とD体を区別できます．
アミノ酸のD/L表記を学ぶときに大切なのは，「Lだから左旋性」「Dだから右旋性」と単純に考えないことです．D/L表記は旋光方向を直接表すものではありません．旋光方向は実験的に測定される性質であり，+ や - で表されます．D/Lは構造上の相対配置を表す記号です．
構造式学習のポイント
構造式の学習としては，まずα炭素に4種類の置換基があるかを確認することが第一歩です．
- α炭素に4種類の置換基があるかを確認する
- グリシンは例外的にキラル中心を持たない
- タンパク質を構成するアミノ酸は基本的にL体
- D/L表記とR/S表記は別の表記体系
- システインはL体でありながらR配置という例外
まとめ
多くのアミノ酸は，α炭素に4種類の置換基を持つためキラルです．タンパク質を構成する標準アミノ酸は基本的にL体であり，グリシンだけはα炭素に同じ水素が2つ結合するためキラル中心を持ちません．D/L表記とR/S表記は別の体系であり，特にシステインは例外として理解しておく必要があります．
