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葉緑素のヘムが窒素肥料の有機態窒素になるかを探る過程で、ヘムからステルコビリンへの分解経路を検討。今回は、その過程で生成されるウロビリノーゲンが酸化されてウロビリンになる点に着目。ウロビリンの構造から、ポリフェノールやモノリグノールとの反応可能性を推測し、有機物分解における光分解や酸化の重要性を強調している。
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葉緑素は窒素肥料の有機態窒素に成り得るか？の補足
葉緑素は窒素肥料の有機態窒素に成り得るか？の続き
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葉緑素が窒素肥料になるかを検討。前回、ヘムからビリルビンへの変化を見た。今回は、ビリルビンが腸内細菌（土壌菌も同様と仮定）によってウロビリノーゲン、ステルコビリンへと変化する過程を紹介。しかし、ステルコビリン以降、有機態窒素として利用される過程の情報は見つからなかった。
葉緑素は窒素肥料の有機態窒素に成り得るか？
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葉緑素中の窒素が有機態窒素肥料として機能するのかを、ヘムをモデルに考察。ヘムは土壌微生物に取り込まれ、ヘムオキシゲナーゼによって分解され、ビリベルジン、更にビリルビンへと変化する。この過程で窒素はアンモニア態や硝酸態に変換されるか否かが焦点だが、ビリルビンまでは有機態窒素として存在すると考えられる。つまり、葉緑素由来の窒素は、微生物に利用され分解される過程で、PEONのような有機態窒素肥料として機能する可能性がある。
紅茶の茶葉の褐色は何由来？
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緑茶の緑色は葉緑素だが、紅茶の茶葉の褐色はフィオフィチンによる。フィオフィチンは、葉緑素の中心にあるマグネシウムが水素に置き換わることで生成される。マグネシウムの喪失により、緑色から褐色に変化する。紅茶の発酵過程でこの変化が起こる。つまり、紅茶の褐色は、変質した葉緑素であるフィオフィチン由来の色である。抽出された紅茶の溶液にもフィオフィチンが含まれる可能性が高い。
青酸の毒性
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この記事では、青酸（シアン化水素）の毒性について解説しています。シアン化合物は反応性が高く、呼吸に必要なヘム鉄と結合し、エネルギー産生を阻害することで毒性を発揮します。
具体的には、シアン化合物はヘム鉄内の鉄イオンに結合し、酸素との結合を阻害します。結果として、細胞は酸素を利用したエネルギー産生ができなくなり、窒息と似た状態に陥ります。
ただし、少量のシアン化水素は体内で分解され、蟻酸とアンモニアになるため、直ちに危険というわけではありません。未熟なウメなど、シアン化合物を含む食品は、適切に処理することで安全に摂取できます。
生体内でのグリシンの役割
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この記事は、睡眠サプリとして注目されるグリシンの過剰摂取について考察するために、体内の様々な役割を解説しています。グリシンは、ヘモグロビンの原料となるポルフィリン、抗酸化物質であるグルタチオン、そして体内で最も多いタンパク質であるコラーゲンの合成に必要です。さらに、エネルギー代謝に関わるクレアチン、遺伝情報の伝達に関わるプリン体の原料にもなります。このように多岐にわたるグリシンの役割を理解した上で、過剰摂取の問題を検討していく必要があると結論付けています。
鉄サプリに含まれる鉄分はどんな形？
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鉄サプリには、ヘム鉄ではなく、吸収しやすい形状の非ヘム鉄が使われています。\
鉄サプリの成分表によくある「クエン酸鉄」は、クエン酸で鉄イオンをキレートしたもので、吸収率が高く、粒状にするのも容易です。\
このように、サプリメント産業の知見から、効率的に鉄を摂取するための工夫が凝らされていることが分かります。
ダイズに含まれるフェリチン鉄
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大豆は鉄分豊富だが、光合成を行わないため、鉄硫黄タンパク質以外の鉄の存在が推測される。研究によると、大豆にはフェリチン鉄が多く含まれており、これは他の非ヘム鉄よりも吸収率が高い可能性がある。フェリチンは鉄貯蔵タンパク質で、フィチン酸やタンニンといった鉄吸収阻害物質の影響を受けにくいと考えられる。このことから、大豆は効率的な鉄摂取源となりうる。
SOY CMSのカノニカルURL挿入プラグインでshortlinkのメタタグを挿入するようにしました
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SOY CMSのカノニカルURL挿入プラグインに、shortlinkメタタグを自動挿入する機能が追加されました。記事公開時に生成される長いURLと短いURLの混乱を避けるため、カノニカルURLに加えてshortlinkメタタグを自動で挿入します。
従来は記事タイトルをrawurlencodeした長いURLが生成されていましたが、記事IDを付与した短いURLも同時に生成されます。この場合、検索エンジンがどちらのURLを優先してインデックスするか不明瞭になるため、カノニカルURLとshortlinkメタタグで明示する必要があります。
今回のアップデートにより、カノニカルURLメタタグの下にshortlinkメタタグが自動挿入されるようになり、SEO対策が強化されます。アップデートパッケージはサイトからダウンロード可能です。
植物性の食品に多く含まれる非ヘム鉄はどんな形？
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植物性食品に多い非ヘム鉄は、主に鉄硫黄タンパクという形で存在します。これは光合成で重要な役割を果たすタンパク質で、鉄と硫黄（システイン由来）から構成されています。鉄硫黄タンパクは電子伝達体として機能し、光合成過程で水から得られた電子を他の器官に運搬します。非ヘム鉄はヘム鉄に比べて吸収率が低いですが、ビタミンCなどの還元剤と共に摂取することで吸収が促進されます。
人は鉄鍋由来の鉄を摂取しても活用することができるのか？
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鉄鍋から溶け出した鉄分は、体内で活用できるのか？
結論は、活用できる。
鉄鍋から溶け出す鉄分は、サビ由来の酸化鉄(Fe3+)が多い。しかし、体内ではFe3+はトランスフェリンと結合して運搬され、Fe2+との平衡状態にあるため、ヘモグロビン合成などに必要なFe2+も自然に供給される。
つまり、鉄鍋から摂取した鉄分も、体内で有効に活用される。
葉の色が濃くなるとどうなるのか？
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葉の色が濃い野菜は硝酸態窒素濃度が高く、秀品率が低下する。牛糞堆肥中心から植物性堆肥に変えることで、ミズナの葉の色は薄くなり、秀品率は向上した。硝酸態窒素は植物体内でアミノ酸合成に利用されるが、その過程はフィレドキシンを必要とし、光合成と関連する。硝酸態窒素過多はビタミンC合成を阻害し、光合成効率を低下させる。また、発根量が減り、他の栄養素吸収も阻害される。結果として、病害抵抗性も低下する。葉の色は植物の健康状態を示す重要な指標であり、硝酸態窒素過多による弊害を避けるため、植物性堆肥の利用が推奨される。
ハナカマキリのピンク色の色素は何？
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ハナカマキリのピンク色は、トリプトファン由来のキサントマチンという色素による。キサントマチンはオモクローム系色素の一つで、還元型がピンク色を呈する。 当初は、ピンクの花弁の色素であるアントシアニンをカマキリが摂取した結果だと予想されていたが、そうではなく、カマキリ自身がキサントマチンを生成していることがわかった。昆虫の色素には、他にメラニンとプテリジン系色素がある。
草むらで生きる緑色の昆虫たち
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大阪の箕面公園昆虫館でピンク色のハナカマキリを観察した著者は、昆虫の擬態と体色の進化について考察している。バッタの緑色は保護色として有利だが、緑色になった要因は淘汰圧だけでなく、体液に含まれる色素の影響も考えられる。昆虫の緑色は、植物由来のカロテノイド（黄色）と体内で合成されるビリン系色素（青色）の混合で発現する。ビリン系色素は活性酸素などへの生体防御の役割も担っている可能性がある。著者は、昆虫の色発現メカニズムを解明することで、進化の過程をより深く理解できると考えている。
自然免疫を高める食品は何か？の続き
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免疫向上に重要な亜鉛は、好中球の活性酸素産生やDNA合成に関与し、不足すると免疫機能が低下する。好中球はペルオキシダーゼ酵素群を用いて活性酸素を生成し病原体を殺菌するが、この酵素の補酵素にはNADPHやヘムが必要となる。NADPHは光合成の明反応で生成され、ヘムはアミノレブリン酸から合成される。これらの経路は植物の光合成や活性酸素の制御機構と類似しており、葉緑素豊富な春菊は亜鉛などの微量要素も豊富で免疫向上に良いと考えられる。ただし、マンガン欠乏土壌で育った野菜は効果が期待できないため、土壌の質にも注意が必要。ウイルス感染時は、好中球ではなくナチュラルキラー細胞によるアポトーシス誘導が主であり、そこでも活性酸素が重要な役割を果たす。
肥料の選定に迷ったら開発の話を確認しよう
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肥料選びに迷う際は、開発の経緯も参考にすべきである。例えば、光合成促進を目的とするなら、ヘム合成材料であるアミノレブリン酸を主成分とする肥料が適している。一方、各種アミノ酸混合肥料は、災害後の回復促進にも有効だ。アミノレブリン酸は元々は除草剤として開発され、低濃度で生育促進効果が見つかった経緯を持つ。そのため、高濃度散布はリスクを伴う可能性がある。生育促進と災害回復では肥料の使い分けが重要で、前者はサプリメント、後者は運動後や風邪時に摂取するアミノ酸食品に例えられる。つまり、状況に応じて適切な肥料を選択することが重要である。
緑の溜池でアイリスの花が咲いていた
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近所の溜池でアヤメ科の植物（アイリス）が咲いていた。この溜池は緑藻の増殖により緑色だが、いずれ動物プランクトンが増え茶色に変わるという。緑色は光合成による酸素放出を、茶色は呼吸による酸素消費を意味する。プランクトンの種類が変化しても微量要素の使用量はほぼ変わらないと考えられる。アイリスにとって、溜池の色変化はストレスになり得るのか、緑藻の増殖に合わせた開花戦略があるのか疑問に思った。
ビタミンB12のコバラミン
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藻類は酸素発生型光合成を行う生物群の総称で、多様な系統を含む。大きく分けて、シアノバクテリア、紅色植物、灰色植物、緑色植物、クリプト植物、ハプト植物、渦鞭毛植物などがある。緑色植物は陸上植物の祖先を含むグループで、シャジクモ藻類と緑藻類からなる。大型藻類は肉眼で確認できるサイズで、コンブやワカメ、海苔など食用になる種も多い。これらは異なる系統に属し、コンブやワカメは不等毛植物、海苔は紅色植物である。水草は水中生活に適応した植物の総称であり、藻類とは異なる。
植物にとってビタミンB6とは？の続き
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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。
酸素発生型光合成の誕生の前に
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藻類の進化に関する書籍を元に、酸素発生型光合成誕生以前の生命活動について考察。太古の海ではFe²⁺イオンによる過酸化水素発生が頻繁に起こり、生物は自己防衛のため過酸化水素を分解するカタラーゼを獲得した。カタラーゼはマンガンを補酵素として利用する。後に酸素発生型光合成を担うマンガンクラスターもマンガンを利用しており、水から電子を取り出す構造がカタラーゼと類似していることから、レーンの仮説では、カタラーゼから光合成の機能が進化した可能性を示唆。仮説の真偽は今後の研究課題だが、マンガンが光合成において重要な役割を持つことは明らかである。
過酸化水素が関与する酵素
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この記事では、過酸化水素が関与する酵素としてカタラーゼとリグニンペルオキシダーゼを比較している。カタラーゼは過酸化水素を分解して酸素を発生させるのに対し、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素を補因子として利用し、フェノール性化合物を変化させる。つまり、カタラーゼは過酸化水素の分解を目的とする一方、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素を利用して別の反応を促進する。この違いを理解することで、例えば、枝葉の分解に過酸化石灰が有効かもしれないという、有機質肥料の効率化に関するアイディアに繋がることを示唆している。
酸素供給剤が効く時に働く酵素
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酸素供給剤は過酸化石灰から発生する過酸化水素がカタラーゼ酵素によって酸素と水に分解されることで効果を発揮する。カタラーゼは、過酸化水素を酸化し電子を受け取ることで無害化する。この反応において、カタラーゼの補酵素としてヘムとマンガンが機能し、電子を受け取る役割を果たす。つまり、マンガンが欠乏しているとカタラーゼの働きが弱まり、酸素供給剤の効果が十分に発揮されない可能性がある。オキシドールのような過酸化水素を主成分とする消毒液も同様のメカニズムで効果を発揮するため、マンガンは重要な役割を担っている。
植物ではビタミンCの合成はどのように行われるか？
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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。
光合成の明反応-後編
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光合成の明反応後編では、電子伝達系に関わる物質の詳細が説明されている。シトクロムb6f複合体にはヘム鉄を含むシトクロムが、プラストシアニンには銅が、フィレドキシンには鉄-硫黄クラスターが含まれ、それぞれ電子の運搬役を担う。これらの物質の合成にはグルタミン、マグネシウム、二価鉄、マンガン、カルシウム、硫黄などが必要となる。特に、これまで注目されてこなかった二価鉄の重要性が示唆されている。
光合成の明反応-前編
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この記事では、光合成の明反応に関わる必須元素を解説しています。明反応は、水から電子を取り出しNADPHを生成する過程で、マンガンクラスターが水の分解にマンガンを必要とすることを説明しています。さらに、光化学系ⅠとⅡではクロロフィルが光エネルギーを吸収するためにマグネシウムが必須であることを述べています。加えて、高エネルギー反応に伴う活性酸素対策としてカロテノイドが存在し、βカロテンは炭素と水素のみで構成されていると補足しています。これらの元素の供給が光合成、ひいては植物の生育に不可欠であることを示唆しています。
亜鉛を含む農薬の作用をI-W系列から考えてみる
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マンゼブは亜鉛を含む農薬で、I-W系列に基づくと、亜鉛は強力な結合力を持ちます。この亜鉛がマンガンや鉄を利用する酵素タンパク質に結合すると、酵素の作用が阻害されます。
I-W系列では、結合力が強い金属ほどリグニンなど強固な物質の合成に関与しますが、結合力が強すぎると生命活動に悪影響を及ぼします。銅は生理作用を維持できる範囲で結合力が強く、リグニン合成に必須ですが、アルミニウムは強すぎて毒性があります。
亜鉛は銅に次ぐ結合力を持ち、生命活動に不可欠な微量要素でもあります。マンゼブが亜鉛を含んでいるため、病原菌の酵素を阻害する効果がありますが、植物は微量要素として亜鉛を利用するため、予防薬として用いることができます。
リグニン合成と関与する多くの金属たち
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植物の細胞壁成分リグニン合成は、複数の金属酵素が関わる複雑な過程である。リグニンモノマー(モノリグノール)はペルオキシダーゼ(鉄)もしくはラッカーゼ(銅)により酸化され、重合を繰り返してリグニンになる。モノリグノールはベンゼン環を持ち、フェニルプロパノイドに分類される。フェニルプロパノイドは芳香族アミノ酸であるフェニルアラニンから合成され、その前段階として光合成(マンガン、鉄が必要)や、シロヘム(鉄)が関与するアミノレブリン酸合成経路が重要となる。このように、リグニン合成は鉄、銅、マンガン等の金属、そして光合成産物が必須である。
セリンの生合成
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光合成で生成されたグルコースは解糖系に入り、様々な物質に変換される。その中には、様々なアミノ酸の生合成に関わる中間体も含まれる。例えば、3-ホスホグリセリン酸はセリン、ピルビン酸はアラニン、アセチルCoAはロイシンなどの前駆体となる。さらに、クエン酸回路の中間体であるα-ケトグルタル酸はグルタミン酸へと変換され、そこから他のアミノ酸も合成される。つまり、光合成で得られた炭素骨格は、様々な経路を経てアミノ酸の生合成に利用されている。
土壌を流れる鮮血
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鉄は、植物の生育に必須の微量要素であり、光合成、呼吸、窒素固定などに関与する。しかし、鉄イオンは酸化還元状態によって異なるため、植物は鉄の吸収と利用を巧みに制御する必要がある。土壌pHや酸素濃度などの環境要因、鉄欠乏ストレスへの応答など、様々な条件に応じて鉄吸収メカニズムが変化する。鉄の取り込みには、キレート化合物による鉄の可溶化、還元酵素による鉄イオンの還元、トランスポーターによる細胞内への取り込みといったプロセスが関与する。植物は鉄の過剰蓄積による毒性も回避する必要があり、細胞内での鉄輸送や貯蔵にも制御機構が存在する。このように、植物は鉄の獲得と利用を緻密に調節することで、健全な生育を維持している。
臭いの原因は鉄で消臭しよう
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堆肥の悪臭、特にアンモニア臭を鉄で消臭する方法について解説しています。アンモニアは鉄イオンと反応し、アンミン錯塩という錯体を形成、沈殿することで揮発を防ぎます。記事では二価鉄の使用が前提となっていますが、堆肥中の酸化還元反応により三価鉄も生成されるため、どちらにしろアンモニアを捕捉すると考えられます。つまり、鉄を加えることでアンモニアが堆肥内に封じ込められ、悪臭を抑制できるということです。
続・続・もう、牛糞で土作りなんて止めようよ
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牛糞堆肥の施用は、作物の免疫系を弱める可能性がある。植物は硝酸イオンを吸収しアミノ酸に変換するが、牛糞堆肥のような塩類集積を起こしやすい資材は、硝酸還元に過剰なエネルギーを消費させ、免疫系への負担となる。アミノ酸肥料は光合成産物の節約に繋がり有効だが、土壌に硝酸塩が多いと効果が薄れる。食品残渣発酵物や、特に廃菌床は、硝酸塩集積を起こしにくく、アミノ酸やミネラルも豊富なので、牛糞堆肥より優れた土壌改良材と言える。つまり、牛糞堆肥へのこだわりは、秀品率低下に繋がる可能性があるため、再考すべきである。
鉄と上手なお付き合い
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鉄イオンは電子を放出しやすく受け取りやすい性質から、生物の様々な反応に関与する。例えば、植物は鉄イオンを利用して硝酸イオンを還元し、窒素を同化する。また、生物は活性酸素を用いて菌を殺菌するが、活性酸素は自身の細胞も傷つけるため、スーパーオキシドディスムターゼ（SOD）とペルオキシダーゼを用いて活性酸素を鎮める。これらの酵素は鉄（もしくはマンガン）から電子を受け取り、活性酸素を無害化する。つまり、鉄は活性酸素の生成と消去の両方に重要な役割を果たしている。このように、鉄とうまく付き合うことで、生物は様々な代謝をスムーズに行うことができる。
葉緑素の合成で苦土と同じぐらい大事なものは？
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鉄は葉緑素合成に必須のアミノレブリン酸生成に不可欠な要素である。土壌中に豊富に存在すると言われる鉄だが、過剰な炭素循環型農法では欠乏症による枯死も発生する。鉄吸収には、三価鉄を二価鉄に還元して吸収するストラテジーⅠ型と、三価鉄をキレートして吸収するストラテジーⅡ型がある。ストラテジーⅠ型では根の表面の還元酵素が利用される。植物は光合成で水から電子を得るが、鉄吸収にも電子が必要となる。鉄は日中に得た電子のプールとして機能し、鉄欠乏は電子の取りこぼしにつながる可能性がある。つまり、鉄吸収は光合成と密接に関連している。土壌の還元も鉄吸収に影響を与える。
アミノレブリン酸のポテンシャル
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アミノレブリン酸(ALA)は、植物の葉緑素や赤血球成分など重要な物質の前駆体。ALA合成には硝酸還元に必要なシロヘムの生成に鉄が必要で、ALA周辺分子が不足すると硝酸利用効率が低下する。光合成不足では硝酸態窒素が活用されない点と合致する。鉄は二価鉄である必要があり、有機物由来の電子で三価鉄が還元されるため、糖の潤沢な供給が重要。ALA肥料は鉄、マグネシウムとの併用で効果を発揮するが、高濃度では除草剤となるため注意が必要。ALAは多くの生物が必要とするため元肥効果は限定的だが、特定状況下では大きな効果が期待できる。
親から子への贈り物
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タンパク質は、アミノ酸がペプチド結合によって鎖状に連結したものです。ペプチド結合は、一つのアミノ酸のカルボキシル基と次のアミノ酸のアミノ基が脱水縮合することで形成されます。この結合は、C-N結合と部分的な二重結合性を持ち、平面構造で回転が制限されます。多数のアミノ酸がペプチド結合でつながり、ポリペプチド鎖を形成します。この鎖が折りたたまれ、特定の立体構造を持つことでタンパク質としての機能を発揮します。様々なアミノ酸の配列と鎖の長さ、そして立体構造によって、多様なタンパク質が作られ、生命活動において重要な役割を担っています。
マグネシウムを中心に置いて
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葉が黄色くなる原因はマグネシウム不足だけではない。クロロフィルはマグネシウムを中心とした構造だが、ヘモグロビンと似たヘムというタンパク質部分も必要となる。つまり、窒素不足でもクロロフィルは生成されず、葉は黄色くなる。マグネシウム肥料を与えても改善しない場合は、窒素不足も疑うべきである。葉が黄色い時に、ヘム（窒素）の不足も考慮すべきだ。
酸化剤としての硝酸態窒素
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メトヘモグロビン血症（ブルーベビー症候群）は、硝酸態窒素の過剰摂取で乳幼児が酸欠状態になる症状です。通常、ヘモグロビン中の二価鉄が酸素を運搬しますが、硝酸態窒素が亜硝酸に変化し、この鉄を酸化して三価鉄に変えてしまいます。三価鉄を含むメトヘモグロビンは酸素を運べないため、増加すると酸欠を引き起こします。野菜にも硝酸態窒素は含まれますが、重篤な状態になることは稀です。しかし、ヘモグロビンの変化による酸素運搬ロスは無視できないため、硝酸態窒素の過剰摂取は避けるべきです。
肥料成分としての窒素(N)
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尿素は化学式CO(NH2)2で表される有機化合物で、最も単純なジアミドです。無色無臭の結晶性物質で、水に溶けやすく、吸湿性があります。窒素肥料として広く利用されており、窒素含有率が高いため、効率的な窒素供給源となります。土壌中で加水分解され、アンモニアを経て硝酸態窒素に変換され、植物に吸収されます。工業的にはアンモニアと二酸化炭素から合成され、農業以外にも樹脂や医薬品などの原料としても使用されます。安全な物質ですが、大量摂取や皮膚への長時間の接触は避けるべきです。