植物のミカタ

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リン酸欠乏で葉が赤や紫になるのは、アントシアニンが蓄積されるため。疑問は、リン酸不足でエネルギー不足なのにアントシアニン合成が可能かという点。 紅葉では、離層形成で糖が葉に蓄積し、日光でアントシアニンが合成される。イチゴも同様の仕組みで着色する。 アントシアニンはアントシアン（フラボノイド）の配糖体。フラボノイドは紫外線防御のため常時存在し、リン酸欠乏で余剰糖と結合すると考えられる。 リン酸欠乏ではATP合成が抑制され、糖の消費が減少。過剰な活性酸素発生を防ぐため解糖系は抑制され、反応性の高い糖はフラボノイドと結合しアントシアニンとなる。

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食用キノコ由来のストロビルリン系農薬アゾキシストロビンは、真核生物のミトコンドリア複合体Ⅲを阻害しATP合成を阻害することで殺菌効果を発揮する。しかし、代替酵素の存在により完全な死滅は難しく、植物の防御反応であるフラボノイドによる活性酸素除去阻害のサポートが必要となる。つまり、ストロビルリン系農薬は単体での殺菌効果は限定的で、植物の免疫力を高めるポリフェノール合成促進や、植物体内での活性酸素除去を担うグルタチオンとの併用により効果を発揮する。バクテリアやアーキアには効果がない点にも注意が必要である。

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酵素は触媒反応で物質を変化させエネルギーを獲得する。その中心は電子の獲得と利用。電子伝達系では、糖から電子を取り出し、水素イオンの濃度差を利用してATPを生成する。電子は粒子と波動の二重性を持つため、量子力学的な理解が必要となる。酵素反応では、量子トンネル効果により、通常必要なエネルギーを使わずに基質から電子を取り出せる。つまり、酵素が持つ特異的な構造が、量子トンネル効果を促進し、効率的なエネルギー獲得を可能にしていると考えられる。

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ペンチオピラドは、ミトコンドリアの電子伝達系を阻害する殺菌剤。コハク酸脱水素酵素（SDH）に作用し、コハク酸からユビキノンへの電子伝達を阻害することで、菌の呼吸を阻害する。この結果、NADHの生成が阻害され、ATP合成が阻害され、菌の生育が抑制される。黒腐れ菌核病対策として土壌pH調整と併用された事例も紹介されている。

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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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植物は免疫機構として活性酸素を利用し、侵入した菌を死滅させる。活性酸素(スーパーオキシドアニオン)は、電子伝達系（呼吸）におけるエネルギー生産過程の副産物として常に生成されている。これは、菌侵入への迅速な対応を可能にする。しかし、過剰な活性酸素は自身を傷つけるため、マンガン等の電子を用いて除去する必要がある。つまり、免疫と活性酸素制御の両方に電子が不可欠で、光合成で得た電子を糖に蓄え利用している。この電子の流れとバランスが植物の健康を維持する鍵となる。

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クエン酸回路で生成されたNADH₂⁺を利用し、ミトコンドリアの電子伝達系で大量のATPが合成される。葉緑体と同様にプロトン駆動力を使うが、ミトコンドリア内膜の内外でH+を移動させる点が異なる。NADHの電子を用いてH+を膜の外へ放出し、ATP合成酵素を通して内側に戻す際に生じるエネルギーでATPを生成する。これで糖からエネルギーを取り出す過程が完了し、全体の反応式C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38ADP → 6H₂O + 6CO₂ + 38ATPとも一致する。