DNAが右巻き螺旋だけ！ なぜですか？

質問

恥ずかしながらこの年になるまで、あらゆる生物が持つすべてのDNAが右巻き螺旋だということを知りませんでした。

この地球上には右巻きの渦と、左巻きの渦があります。
地球の自転から生じるコリオリの力が北半球と南半球では逆に作用するからですね。

しかし、地球上のすべての生物のDNAは右巻き螺旋だということを聞き、なぜなのか疑問に思います。
鳥も魚も人間も広葉樹も針葉樹もトカゲも細菌も、、、ですよね？これは不思議ですよね。

ひょっとして、生命の誕生はただの一回だけの事象で、そのとき偶々右巻き螺旋だったDNAが延々と何十億年もコピーされているということの証左なのでしょうか？

それとも、なにか、生命現象では右巻きと左巻きで根本的な機能差があり、機能差において優位な右巻きが選ばれる必然があったのでしょうか？

訊くは一時の恥、訊かざるは一生の恥。
是非、皆さまのお考え、お教えを請いたいと存じますので、なにとぞよろしくお願い申し上げます。

回答No.2

noname#160321 · ベストアンサー

右巻きらせんになるのはＤＮＡの構成要素である核酸一つ一つが同一の光学異性体であるためです。
その点タンパク質の構成要素のアミノ酸が一方の光学異性体だけからできているのと同じです。

ちなみに、右巻き二本らせんが最も安定ですが、右巻き三本らせん、左巻き二本らせんなども見いだされています。
ただしそれらは生物から見ると「病的」な環境でのみ安定であり、生物の生殖や生長には役立ちません。

お礼

回答ありがとうございます。

＞左巻き二本らせんなども見いだされています。

別の惑星にハビタブル・ゾーンがあって、最初に発生した生物が「左巻き二本らせん」であるという、SFを考える場合、そのSFの中では、破綻無く生物の進化、あるいは適者生存のプロセスが想定できるものでしょうか？

回答No.4

kawaokame

＞ひょっとして、生命の誕生はただの一回だけの事象で、そのとき偶々右巻き螺旋だったDNAが延々と何十億年もコピーされているということの証左なのでしょうか？

これ大正解です。

お礼

ありがとうございます。

ニワトリと卵の判定をするとすると、最初に「偶然に」右巻き螺旋のDNAが誕生し、それ以降、自己触媒作用によって、右巻こ螺旋に有利なたんぱく質や核酸などが自然選択されて残った。その結果、現在では右巻き螺旋のDNAでないと「生きにくい」世の中になったと考えれるのですね。

地球以外のハビタブル・ゾーンを持つ惑星において、生命が誕生する場合には、DNAが右巻き螺旋である必要な無いと考えてよいですかね。

宇宙に、１００ぐらいの生命が誕生し、そのうち５０ぐらいが右巻き螺旋のDNAを持ち、他の５０ぐらいが左巻き螺旋のDNAを持つという仮説もなりたちますね。

SF小説の正解ですが、宇宙旅行の末に知的生命体と遭遇した場合に、互いのDNAがどちら向きの螺旋かを教え合って、おなじ右巻き螺旋の生物で会った場合のみ、相互に環境に適応できると考えなくてはなりませんね。

回答No.3

thegenus

ご質問は生体分子の立体構造に関する専門的な知識を要求するものですので、聞くは一時の恥ということは全くありません。設備のある研究室でなければ取り組めない対象です。詳しく知っている人はいないんじゃないでしょうか。回答者側にリスクがあります。
私自身の反省を含めまして、この手の右左の話題は、何についての右左、+/-なのかをなおざりにすると知識が混乱しますので、慎重に学習されて下さい。

ＤＮＡの構成要素のうち、糖に関して、光学異性体の生じる可能性があると思うのですが、その糖であるデオキシリボースが天然ではＤ型なのです。Ｌ型のデオキシリボースを人工的に用意すれば、右巻きと同じ巻き具合の対称的な、左巻きの二次構造を持つＤＮＡを合成できます。
自然状態で、Ｄ型のデオキシリボースによる左巻き（z-DNA）もありますが、ｚの由来がジグザグだそうですので、ｚ-ＤＮＡで左巻きに一貫したＤＮＡを作る事は無理なんじゃないでしょうか。

私はＤＮＡの二次構造が右巻きであることをあまり不可思議に思いません。接合方向の決まった角度を持っているＤＮＡのパーツをつなげると右巻きとしてのみ持続的に延長可能ということですから、それは、おもちゃのブロックでも同じ事が生じますよね。
そもそも自然に螺旋になるということはそういうことなんじゃないでしょうかね。

とりあえずの落としどころはＤ型のデオキシリボースしかないことです。パーツの突起方向が一定であるから規則正しい構造を作れる。したがってそのバーツも突起方向が一定に、作られている、というか残る。どっちでもいいのではなくて、そうしたものだけが持続可能ということでしょう。
私の結論ですが、Ｄ型の糖では、ＤＮＡは右巻きになるしかないのです。

回答の落としどころとも関係する事実、天然に存在するブドウ糖は全てＤ型の系列。これこそ不思議です。へそ曲がり分子は反対の世界を構築できなかったのですね。核酸とタンパク質、どちらの起源が先かは知りませんが、自然に存在する炭水化物はタンパク質あっての物、賜物とも言えます。

「二種類ございますが、どちらにされますか」「ああ、どっちでもいいよ」
なんてやり取りは日常的にあるかと思います。
どっちでもいいような、右か左か、でも、大きく可能性が変わるのですね。
そういう事例を遡及的に考察する時、人は偶然という言葉を用いてきました。

「(3) 光学異性体核酸の構造化学的基礎研究と機能性ナノ素材としての応用 」（機能分子創製化学研究室。大阪薬科大学）
http://www.oups.ac.jp/kenkyu/kenkyuushitu/sousei.html

このご質問に対しては独善的な回答しかお返しできずに申し訳ありません。蛇足ですが、戦後の左巻きＤＮＡがどれほどのもんか。

お礼

ご専門のたちばからの回答ありがとうございます。

大工の思いつきの質問ですので、専門的な知識は無いのですが、物事には偶然と必然があり、必然の場合にはルールとプロセスがなくてはならんと思います。

＞そもそも自然に螺旋になるということはそういうことなんじゃないでしょうかね。

右回りが必然であるとは、遺伝的な”親”と同じ向きにするという事以外に必然性があるかどうかの問題だと思います。
親がいないとき（＝生命誕生のとき）でも、右巻きでなくてはならない物理的な法則があれば、それは必然だと言ってよいでしょうし、そのとき（生命誕生のとき）に左巻きの螺旋を想定しても、その後の生物進化の過程で適者生存の選択プロセスに何ら矛盾を生じないとすれば、左巻き螺旋も可能であったと考えます。
現在私たち生物のDNAが右巻き螺旋は、たまたま地球生物の誕生で起きた偶然の結果、と言えることになります。

回答No.1

noname#194289

DNAの螺旋を安定させるために核酸塩基の間の水素結合が重要だと聞きました。左巻きでも同じ水素結合ができるのかどうか私にはわかりませんが、一旦らせんが形成されるといろいろな酵素の特異性（当時はタンパク質ではなくＲＮＡだったのではないでしょうか。すでにＲＮＡの構造の中にみぎまきらせんがふくまれているのではないですか）も左巻き螺旋に適応しているはずです。少なくとも左巻きでも右巻きでも同じように反応できる酵素は存在しないと思います。

お礼

回答ありがとうございます。

＞一旦らせんが形成されるといろいろな、、、

これは、多数の論理で、右巻き螺旋のDNAを持つ生物が、自己触媒的に環境とコミュニケーションした結果、現状の地球環境（＝現体制）が構築されたということではないでしょうか。

すなわち、の地球上で、最初の生命が左巻き螺旋のDNAをもった場合、「一旦左巻き螺旋の生物が地球の中心となった場合、、、」どうなるのかを想像し、その場合でも何ら破綻が無いとすれば、右巻き螺旋のDNAは偶然の産物と考えることが出来るような気がします。