摘要：作为与生物分子相对称的手性分子，D-氨基酸与L-糖由于构象不匹配一般体现不出生物活性，但是，也是有表现出生物活性的时候。在微生物的领域，可以发现天然生物合成的D-氨基酸、二氨基酸这些似乎不属于生命分子却体现了生物活性的物质。其中，D-氨基酸对于生物膜的生长周期有明显且高效的调控作用。生物膜是微生物为了生存聚集而成的。D-氨基酸对于生物膜生长周期的调控，可以在促进/抑制微生物聚集与分离微生物方面起到重要作用。关键词：手性分子，D-氨基酸，生物膜，生物膜生长周期。
1. 引言生命的不对称，从微观层面上体现在手性分子[1]。如果分子手性不正确，可能无法顺利参与生理过程。比如，人无法消化吸收D-氨基酸与L-糖，所以右旋氨基酸与左旋糖作为调味剂。
图1 D/L构型是一种相对于甘油醛的构型作者使用KingDraw绘制
实验室的手性合成不能解释自然界的不对称。相反，早期合成的手性化合物都是外消旋体，而且大部分含有等量的对映异构体[2]。巴斯德是早期探索手性的科学家之一，他用镊子分离了两种酒石酸铵钠晶体。[2]
图2 手性酒石酸铵钠晶体/来源：参考文献[2]
但是，在普遍使用L-氨基酸与D-糖的自然界[3]，微生物培养基中普遍存在的D-氨基酸[4]，又带来了更大的谜团。
2. 生命与D-氨基酸由于立体结构，L-氨基酸易结合D-糖，D-氨基酸易结合L-糖，而氨基酸对糖构象的选择性反作用于氨基酸[3]。
目前发现的生物都使用L-氨基酸与D-糖承载主要的生命活动[3]。但是，D-氨基酸是肽聚糖的重要组成部分[4]。既然微生物可以合成自然界丰度更高的L-氨基酸[4]，那么除了吸收利用环境中的D-氨基酸[5]，合成也是一个重要的获取D-氨基酸的途径。氨基酸异构酶与D-氨基酸转氨酶都可以合成D-氨基酸[4][6]。
目前还没有发现用D-氨基酸与L-糖实现生命活动的生物[3]。不过，D-氨基酸除了结构功能，确实有生命活性，比如调节酶的活性[7]同时，D-氨基酸作为微生物的分泌物，在调控生物膜的生长周期方面具有重要作用。
3. 生物膜与D-氨基酸生物膜是微生物聚集形成的膜，降低了杀菌效率[8~12]。D-氨基酸是细菌分泌物中的重要成分[4]。
有许多研究都分析了D-氨基酸调控生物膜生长的机理，可以互相印证、互为补充[8~12]。这些研究揭示了D-氨基酸对生物膜的影响贯穿了生物膜的生长周期，即，使生物膜从无到有再到无的过程。图3 生物膜生长周期/来源：参考文献[9]
由于原图模糊，使用画图重绘
根据研究结果，D-氨基酸不仅抑制了生物膜的形成，还促进生物膜解体。具体原因还有待继续探索。
目前的研究结果认为，由于D-氨基酸在肽聚糖中广泛存在[4]，因此有的外源D-氨基酸可以取代生物膜中的肽聚糖的尾端的D-丙氨酸，而D-丙氨酸缺失是瓦解生物膜的信号，细菌就会逐步被释放[8]。此外，因为氨基酸常常是带电荷的，所以借助合适的立体结构渗入细菌细胞壁的D-氨基酸会改变肽聚糖网络的电荷分布，从而改变细胞壁的结构[10]以及对基底的亲疏性[8]，从而改变生物膜的稳定性，不过大部分都变得不稳定了[8~12]。
那么，D-氨基酸在需要微生物聚集的情况下就只能添乱吗？答案是否定的。
作为微生物分泌物的重要成分[4]，D-氨基酸可以通过调控细菌分泌胞外聚合物调控生物膜形成，因此可以通过不同D-氨基酸促进或抑制生物膜形成[9]。D-氨基酸作为信号分子，对于不同种类、不同时期的细菌作用结果会有差别[11][12]，而这些差别就可以用于微生物的分离。
图4 不同D-氨基酸对P.aeruginosa聚集性的影响/来源：参考文献[9]图5 不同D-氨基酸对E.coil聚集性的影响/来源：参考文献[9]
通过图4与图5，可见不同D-氨基酸分离不同细菌的可能性。
4. 总结目前，人们对于手性生物分子的理论并不完善，比如不知道为什么如今的生命都使用L-氨基酸与D-糖，为什么至今都没有发现相对映的生命形式。
但是可以知道，D-氨基酸并不是只能作为防止被分解的结构物质。D-氨基酸对生物膜生长周期体现出明显的调控作用，在消除生物膜与分离微生物方面可以起到重要作用。
也许有天，D-氨基酸与L-糖更多的生理功能也会被发现，生物分子可以拓展到镜面的两侧。
