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この記事では、チョコレートの香り成分の一つであるメチルフランについて解説しています。メチルフランはメイラード反応や熱分解など様々な経路で生成されるものの、詳細な生成過程は不明です。五員環上の酸素の反応性が高く、これが香りのもととなる一方、発がん性の懸念も示唆されています。過剰摂取は避けるべきですが、一体どんな香りがするのか興味をそそられます。筆者は、メチルフランの反応性の高さから、かつて研究で使用した発がん性のあるDEPCを想起しています。また、関連として糖の還元性や味噌の熟成についても触れています。
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小学生の息子がスライム作りに使うホウ砂について調べている。ホウ砂(Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O)は水に溶けると四ホウ酸イオン(B₄O₇²⁻)を生じ、これが加水分解してホウ酸(H₃BO₃)になる。更にホウ酸は水と反応し、B(OH)₄⁻と平衡状態になる。水溶液はOH⁻の生成によりアルカリ性になる。スライム作りにおいて重要なのは四ホウ酸イオンの加水分解だが、詳細は後述。
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キレート作用を持つ有機酸について解説。アスコルビン酸(ビタミンC)のキレート能は限定的。キレート作用で有名なEDTAはカルボキシ基が金属イオンと結合する。キレート作用を持つ有機酸として、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、シュウ酸、フマル酸、コハク酸などが挙げられ、これらは複数個のカルボキシ基を持つ。アスコルビン酸も挙げられるが、キレート能は低い。比較的低分子で複数個のカルボキシ基を持つことがキレート作用を持つ有機酸の特徴と言える。
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触媒は、自身は変化しないまま化学反応の速度を変化させる物質である。反応速度を上げるものを正触媒、下げるものを負触媒（阻害剤）と呼ぶ。触媒は反応の活性化エネルギーを変化させることで作用する。正触媒は活性化エネルギーを下げ、反応がより容易に進行するようにする。
触媒は特定の反応にのみ作用する選択性を持ち、反応経路を変えることで異なる生成物を得ることも可能にする。均一系触媒は反応物と同じ相に存在し、不均一系触媒は異なる相に存在する。酵素は生体触媒であり、生体内で様々な反応を促進する。触媒は工業的に広く利用され、生産効率の向上や環境負荷の低減に貢献している。
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アスコルビン酸(ビタミンC)は、デヒドロアスコルビン酸に酸化される過程で還元剤として働く。酸化の際、アスコルビン酸は2つのプロトン(水素イオン)と電子を放出し、これが他の物質を還元する。プロトンの放出により溶液は酸性になる。つまり、アスコルビン酸は自身を酸化することで、他の物質を還元する能力を持つ。
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田んぼの土壌は、酸素の供給によって酸化還元電位が変化します。酸素が多いと酸化状態になり、電子を受け取る力が強くなります。逆に酸素が少ないと還元状態になり、電子を放出する力が強くなります。
酸化状態の田んぼでは、窒素は硝酸イオンとして存在しやすく、水に溶けやすい性質から、流れ出て環境負荷を高める可能性があります。一方、還元状態の田んぼでは、窒素はアンモニウムイオンとして存在し、土壌に吸着しやすいため、流出が抑えられます。
田んぼの酸化還元電位を管理することで、窒素の流出を制御し、環境負荷を低減できる可能性があります。
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植物は、水中生活から陸上生活に移行する際に、過剰な光エネルギーへの対策として様々な進化を遂げました。その一つが、光合成の補助色素であるカロテノイドの獲得です。カロテノイドは、強光下で発生する活性酸素から植物自身を守る役割を担っています。水中は光が届きにくいため、水中生活を送っていた祖先は、光合成に必要な光エネルギーを得ることに苦労していました。しかし、陸上進出に伴い光が豊富に得られるようになると、今度は過剰な光エネルギーが細胞に損傷を与えるという問題が生じました。そこで、植物はカロテノイドを進化させることで、過剰な光エネルギーを吸収し、熱エネルギーに変換することで無害化することを可能にしました。
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アキアカネのオスが赤くなるのは、体内の抗酸化物質によって色素が変化するためです。酸化型のキサントマチンはオレンジ色ですが、還元型になると赤くなります。アキアカネのオスは成熟すると抗酸化物質が増加し、体が赤くなります。これは、婚姻色としての役割や、強い日差しから身を守るための適応と考えられています。温暖化の影響で未成熟な段階で抗酸化物質が十分に蓄積できないと、産卵期に体が赤くならない可能性も考えられます。
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mRNAワクチン技術、特に脂質ナノ粒子（LNP）送達システムの発展は、RNA干渉（RNAi）治療薬の開発にも大きく貢献する。RNAiは、siRNAと呼ばれる短いRNAが標的mRNAに結合し、タンパク質合成を阻害する現象。記事ではUSBメモリとシールでsiRNAの働きを説明し、癌やウイルス感染症治療への応用の可能性を示唆。siRNAは特異的に標的mRNAに作用する一方、miRNAはより緩く作用する。コロナ渦でのmRNAワクチン開発は、RNAi治療薬の実現性を高めたと言える。関連記事では、ウイルス感染症予防策としてアスコルビン酸誘導体が紹介されている。
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ビタミンC誘導体、特にアスコルビン酸グルコシドは、植物ウイルス感染症の軽減・遅延に効果がある。グルコースと結合したアスコルビン酸グルコシドは、植物体内でグルコースが外れてビタミンCとして作用する。ビタミンC自体は反応性が高く効果が持続しにくいが、誘導体化することで安定性と持続性が向上する。このため、食品添加物や化粧品にも利用されている。植物はビタミンCを合成するにも関わらず、外から散布することでウイルス感染が軽減される理由は、ビタミンCの局所的な濃度上昇や、誘導体化による作用機序の違いなどが考えられる。これは、亜鉛散布による秀品率向上と同様の課題と言える。
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植物における糖の機能の一つとして、解毒物質の供給がある。動物ではグルクロン酸が毒物と結合し排出されるグルクロン酸抱合が知られる。植物でもグルクロン酸はビタミンC（アスコルビン酸）の合成経路であるD-グルクロン酸経路の中間体となる。アスコルビン酸は抗酸化作用を持つため、間接的に解毒に関与していると言える。また、植物はD-ガラクツロン酸経路、D-マンノース/L-ガラクトース経路でもアスコルビン酸を合成する。糖はエネルギー源以外にも様々な機能を持ち、植物の生産性や病害虫耐性にも関わる可能性がある。
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虫に食害されやすいアブラナ科植物とそうでないものの違いは、食害時に生成される防御物質イソチオシアネートの合成能力の差にある可能性が高い。イソチオシアネート合成には、材料のグルコシノレートと酵素ミロシナーゼが必要だが、グルコシノレートは硫黄があれば普遍的に合成されるため、ミロシナーゼの活性が鍵となる。試験管内での実験では、カリウムイオンとビタミンCがミロシナーゼ活性を高めることが示されている。 カリウムが不足すると植物の養分吸収能力が低下するため、イソチオシアネート合成にも影響する可能性がある。つまり、食害を受けにくい株はカリウムが十分に供給されていると考えられる。米ぬか施肥によるカリウム補給と土壌改良は、植物の防御機構強化に繋がる有効な手段かもしれない。
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味噌やハードチーズの表面に析出する白い結晶は、チロシンである可能性がある。以前、無添加味噌にカビが生えたと思ったが、チロシン結晶だったかもしれない。チロシンの析出は味噌ではL-アスコルビン酸の添加である程度抑制できる。麦味噌では低温保管時に表面にチロシンが析出し、カビや異物と誤認され商品イメージを損なう場合がある。チロシンはL-DOPAの合成に重要であるため、ハードチーズや味噌の表面にはチロシンが多く含まれていると言える。
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植物にとってビタミンB6、特に活性型であるピリドキサールリン酸(PLP)は、紫外線ストレスへの防御に重要な役割を果たす。PLPはシステインとヘムの生合成に関与し、これらは抗酸化酵素（グルタチオンペルオキシダーゼ、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ、カタラーゼ）の構成要素となる。これらの酵素は紫外線によって生成される活性酸素の除去に働く。さらにPLP自体も活性酸素と反応する。また、PLPはグルタミン酸からGABAへの変換にも関与する。システインやヘムは他の代謝経路でも重要であるため、ビタミンB6は紫外線耐性以外にも様々な機能を持つと考えられる。
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二価鉄は植物の生育に必須の微量要素だが、その扱いは難しい。光合成、呼吸、窒素固定など生命活動の根幹に関わる多くの酵素の活性中心として機能する一方で、過剰な二価鉄は活性酸素を発生させ、細胞に損傷を与える。そのため、植物は巧妙な制御機構を備えている。鉄の吸収、輸送、貯蔵、利用を調節するタンパク質群が働き、必要量を確保しつつ過剰を防いでいる。鉄欠乏になるとクロロシス（葉の黄化）などの症状が現れ、生育が阻害される。土壌pHや他の金属イオンの存在も鉄の吸収に影響を与えるため、適切な土壌管理が重要となる。
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植物は陸上に進出する際、強光による活性酸素の発生という問題に直面した。その対策として、キサントフィルサイクルという仕組みを獲得した。これは、強光下ではビタミンC（アスコルビン酸）を使ってキサントフィルという色素を変換し、集光効率を下げて活性酸素の発生を抑える仕組みである。逆に弱光下では、変換を逆向きに行い集光効率を上げる。ビタミンCを多く含む小松菜のような緑黄色野菜の存在は、このキサントフィルサイクルと関連づけて理解できる。このことから、作物栽培においてビタミンC合成に着目することで生産性向上につながる可能性がある。
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風邪予防で話題のビタミンCについて、含有量の多い食材を考察する記事。ビタミンCはアスコルビン酸という活性酸素を除去する還元剤で、ビタミンEと協力して細胞保護を行う。厚生労働省資料やWikipediaを参照し、活性酸素発生との関連から、葉緑素を持つ緑黄色野菜、特に小松菜に着目。光合成とビタミンCの関係性について、栽培への活用可能性を探るヒントとして紹介している。
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生物は常に活性酸素を発生しており、これは呼吸によるエネルギー産生の副産物である。活性酸素は細胞を傷つけるため、老化や病気の原因となる。しかし、生物は活性酸素を完全に排除するのではなく、免疫や細胞の情報伝達などにも利用している。活性酸素の発生源や種類、細胞への影響、そして生物がどのように活性酸素を利用し、防御しているかを理解することは、健康維持や病気予防に繋がる。
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鉄過剰症になるとマンガン欠乏が発生しやすく、植物の生育に深刻な影響を与える。マンガンは鉄と同様に酸化還元反応に関与するが、鉄より配位力が小さく、より重要な働きを担う。例えば、光合成における水の酸化分解、活性酸素の生成、ビタミンCの合成などに関わっている。鉄は活性酸素の抑制に働くのに対し、マンガンは活性酸素の生成に関与するなど、鉄より強力な作用を持つ。そのため、鉄過剰でマンガンが欠乏すると、これらの必須機能が阻害され、植物の生育に悪影響が出る。
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牛糞主体で鶏糞追肥の土壌分析アプリ結果が、以前塩害土壌で示したグラフと酷似した。リン酸値が高く、ECも高いこの状態は土壌肥料成分の活用を諦めた方が良い。トルオーグ法によるリン酸測定は有機態リン酸を検出せず、測定値は飼料由来のリンカル残骸を示唆する。カルシウム値も高い。牛糞主体土壌は測定値以上にリン酸過剰の可能性があり、土壌バランスの崩壊を示す。指導にある牛糞主体土作りは危険であり、過剰成分は他要素に影響する。施肥設計見直しで農薬防除回数削減も可能。