左右の非対称性の原因は分子構造にある

私たちの体は一見左右対称に見えますが、実際には、心臓が左側にあったり、右利きの人が多かったりすることから、左右非対称であることがわかります。このような左右の非対称性の原因の一つに、生物を構成する分子の構造があります。

生物を構成するアミノ酸や糖、リン脂質の多くは、左右非対称な構造を有する「キラル化合物」であり、生物の体内では右型か左型のいずれか一方に偏っています。

タンパク質もDNAも右巻き

たとえば、人の体を構成するタンパク質は、20種類のアミノ酸が連なってできていますが、そのうちグリシンを除く19種類が「左型」のアミノ酸です。タンパク質は、αヘリックス構造と呼ばれるらせん構造を形成する場合があり、どのらせん構造にも「右巻き」と「左巻き」がありますが、αヘリックス構造は、一般的に「右巻き」のらせんを形成します。遺伝子を司るDNAも「右型」の糖を含み、「右巻き」の二重らせん構造をしています。

「なぜ生物の体内では分子が左右いずれか一方に偏っているのか？」という問いは生命ホモキラリティーの謎と呼ばれ、未解明の研究テーマです。現在の研究では、自然界で生じたわずかな偏りが、何らかの仕組みによって増幅され、このような非対称性が形成されたと考えられています。

右型と左型で作用が異なる

キラル化合物は、医薬品や香料、甘味料、除草剤などにも見られます。特に医薬品では、右型と左型で作用が異なることがあり、代表例として、サリドマイドが挙げられます。サリドマイドは、右型は鎮静・催眠薬作用を持ちますが、左型は胎児に悪影響を及ぼすことが知られています。

そのため、左・右いずれか一方の化合物を選択的に合成する「不斉触媒」や、左右の構造が混ざったもの（ラセミ体）からそれぞれを分離する「光学分割剤」、左右の偏りを可視化する「キラルセンサー」などの技術が求められています。私はこれらの分子の合成や理論的解析に取り組んでいます。