植物のミカタ

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記事は、ミカン栽培における言い伝え「青い石が出る園地は良いミカンができる」を科学的に検証しています。青い石は緑色片岩と推測され、含有する鉄分が土壌中のリン酸を固定し、結果的にミカンが甘くなるという仮説を立てています。リン酸は植物の生育に必須ですが、過剰だと窒素固定が阻害され、糖の転流が促進され甘みが増すというメカニズムです。さらに、青い石は水はけ改善効果も期待できるため、ミカン栽培に適した環境を提供する可能性があると結論付けています。

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これからの稲作は、気候変動による水不足に対応するために、土の保水性を高めることが重要になります。従来の品種改良や窒素肥料中心の栽培では、水不足による収量低下が懸念されます。そこで、土壌中の有機物を増やし、保水力を高める土づくりが重要になります。特に、土壌微生物の活性化による団粒構造の形成が、保水性の向上に大きく貢献すると考えられます。

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植物が旨味成分であるイノシン酸やグアニル酸を合成する仕組みと、その利用可能性について考察しています。植物はATP合成経路でこれらの旨味成分を生成します。さらに、キノコ由来の発根促進物質である2-アザヒポキサンチン(AXH)が、イノシン酸と構造的に類似していることから、植物がAXHをイノシン酸に変換して利用する可能性も示唆されています。このことから、旨味成分豊富な有機質肥料が作物の食味向上に繋がる可能性が示唆されています。

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タウリンは神経伝達物質としての働き以外に、細胞内ATP量増加に貢献する可能性がある。マウス実験ではタウリン摂取によりATP量増加が見られ、大正製薬も同様の報告をしている。ATPは筋肉運動に必須のエネルギー源であるため、タウリンは動物の運動能力に影響を与えると考えられる。今後は、土壌中の微生物におけるタウリンへの反応について調査する必要がある。

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有機質肥料と飼料は、どちらも生物由来の有機物を原料とする点で共通しています。家畜の飼料には、肉や骨粉、魚粉などが使われますが、これらは肥料としても利用されます。 例えば、魚粉はリン酸が豊富なため、リン酸肥料として使用されます。牛骨粉はリン酸とカルシウムを多く含み、リン酸肥料や土壌改良剤として利用されます。 このように、有機質肥料と飼料は密接な関係にあり、相互に利用されています。飼料の品質向上は、結果として有機質肥料の品質向上にもつながります。

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ケトン体は、脂肪酸から生成されるアセト酢酸、3-ヒドロキシ酪酸、アセトンの総称です。 糖質制限などでブドウ糖が不足すると、脂肪酸が分解されてアセチルCoAが生成されますが、クエン酸回路が十分に回らないため、余剰のアセチルCoAからケトン体が作られます。 ケトン体は脳関門を通過し、脳のエネルギー源として利用されます。 ただし、ケトン体が増えすぎると血液が酸性になり（ケトアシドーシス）、疲労感や体調不良を引き起こす可能性があります。 ケトン体はあくまで緊急時のエネルギー源であり、過度な糖質制限は避けるべきです。

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脂肪動員とは、糖が枯渇した際に、エネルギー源として脂肪が利用され始める現象です。具体的には、中性脂肪であるトリアシルグリセロールから脂肪酸が切り離され、エネルギーを生み出す過程を指します。切り離されたグリセロールは解糖系に、脂肪酸はβ酸化を経てアセチルCoAに変換されます。アセチルCoAはクエン酸回路で利用され、大量のATPを産生します。脂肪動員には補酵素A(CoA)が重要な役割を果たします。

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必須脂肪酸とは、人体にとって必要不可欠だが、体内で合成できないため、食事から摂取しなければならない脂肪酸のこと。リノール酸（ω-6脂肪酸）とα-リノレン酸（ω-3脂肪酸）の2種類が存在する。 人体は炭水化物から脂肪酸を合成できるが、飽和脂肪酸やω-9脂肪酸（オレイン酸）までであり、ω-6やω-3といった多価不飽和脂肪酸は合成できない。 植物は、細胞膜の流動性を保つため、低温環境でも固化しないよう、多価不飽和脂肪酸を合成する能力を持つ。一方、動物はこれらの脂肪酸を合成できないため、植物から摂取する必要がある。 必須脂肪酸は、細胞膜の構成成分となる他、ホルモン様物質の生成や、体温調節、エネルギー貯蔵など、重要な役割を果たす。不足すると、皮膚炎、成長障害、免疫力低下などの健康問題を引き起こす可能性がある。

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カフェインは、眠気を誘発するアデノシンと似た構造を持ち、アデノシン受容体に結合することで作用します。しかし、カフェインはアデノシンとは異なり、抑制性の神経を活性化することはありません。 つまり、カフェインはアデノシン受容体をブロックすることで、アデノシンが睡眠シグナルを送るのを妨げ、結果として眠気を抑制します。 ただし、カフェインは覚醒性の神経に直接作用するわけではありません。あくまで、脳の疲労を感知させにくくしている状態と言えます。そのため、カフェインを摂取しても、集中力が高まったり、頭が冴えたりするわけではありません。

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カフェインの効果を理解するために、まずは睡眠について解説しています。 従来は、脳内物質アデノシンが蓄積すると睡眠が誘発されると考えられていました。 アデノシンはATPからリン酸基が外れたもので、アデノシン受容体に結合すると抑制性の神経が優位になり眠くなります。 しかし、アデノシンが蓄積しなくても睡眠に入れることから、アデノシンは睡眠誘発の候補物質の一つに過ぎないとされています。 続きでは、カフェインの作用について解説するようです。

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お茶の味を決める要素は、苦味、渋み、旨味の3つです。 * **苦味**：カフェインやテオブロミンといった成分によるもので、お茶の覚醒作用や集中力を高める効果に貢献します。 * **渋み**：カテキン類、特にエピガロカテキンガレート（EGCG）によるもので、抗酸化作用や脂肪燃焼効果などが期待できます。 * **旨味**：テアニンというアミノ酸によるもので、お茶の甘みやコク、リラックス効果に繋がります。 これらの要素のバランスによって、お茶の種類や淹れ方によって味が大きく変わるのが、お茶の魅力と言えるでしょう。

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腎臓は、体内で生成された二酸化炭素を原料に、重炭酸イオンを産生し、血液のpHを緩衝する重要な役割を担っています。 具体的には、腎臓の集合管において、二酸化炭素は炭酸脱水酵素によって炭酸に変化し、さらに非酵素的に重炭酸イオンと水素イオンに分解されます。これらのイオンは膜タンパク質によって排出され、重炭酸イオンは血液中に戻りpHを調整します。 この酸排出は、体内の酸負荷、酸・塩基平衡、アルドステロンなどのホルモンによって調節されています。

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クレアチンは、グリシンとアルギニンから合成される非必須アミノ酸で、無酸素運動のエネルギー供給に重要な役割を果たします。クレアチンの合成は腎臓と肝臓で行われ、筋肉組織に貯蔵されます。休息時には、筋肉組織でATPを用いてクレアチンリン酸が合成され、無酸素運動時にエネルギー源として利用されます。クレアチンリン酸は、筋肉中に貯蔵されたクレアチンとATPから合成され、無酸素運動の初期段階でエネルギーを供給します。つまり、クレアチンは、短時間・高強度の運動時に重要なエネルギー源となる物質です。

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運動には、長時間使う有酸素運動と、短時間で一気に力を出す無酸素運動がある。どちらもエネルギー源はATPだが、貯蔵量が少ないため、運動中に産生する必要がある。無酸素運動では、乳酸性・非乳酸性の2つのエネルギー供給機構がある。乳酸性機構は、ブドウ糖から乳酸とATPを作り出す。非乳酸性機構は、クレアチンリン酸とADPからクレアチンとATPを作り出す。どちらも速やかに反応するため、無酸素運動で重要となる。

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ChromebookでPythonの数学ライブラリNumPyと可視化ライブラリmatplotlibの動作検証を行いました。ASUS Chromebook Detachable CM3で、Linux環境を利用し、`sudo apt install`コマンドで必要なパッケージをインストールしました。TkinterのGUI表示、及び以前作成したmatplotlibを使ったコードの実行に成功。Windows10のWSL2環境ではGUI表示ができなかった一方で、Chromebookでは問題なく動作しました。今後はデータサイエンス向けプラットフォームAnacondaのChromebookでの動作検証も検討しています。

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免疫向上に重要なグルタチオンは、グルタミン酸、システイン、グリシンから合成され、抗酸化作用、解毒作用、免疫調節作用を持つ。グルタチオンは体内で作られるが、加齢やストレスで減少する。免疫細胞の機能維持、抗酸化酵素の活性化、サイトカイン産生調整に関与し、NK細胞活性向上やTh1/Th2バランス調整に寄与する。グルタチオンレベルの維持・向上は免疫機能強化に繋がり、感染症予防や健康維持に重要。野菜、果物、肉、魚介類に含まれるが、サプリメント摂取も有効。食事、運動、睡眠など生活習慣改善もグルタチオン産生促進に効果的。

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シイタケの旨味成分であるグアニル酸は、グアノシン一リン酸 (GMP) で、核酸の一種。GMPはリン酸化されるとDNA構成要素のGTPとなり、生体にとって重要。さらにGTPはグアニル酸シクラーゼにより環状グアノシン一リン酸 (cGMP) に変換される。cGMPは血管拡張作用などに関与し、人体にとって重要な役割を果たす。シイタケ摂取とcGMP生成の関連は不明だが、cGMPの重要性を理解しておくことは有益。グアニル酸は旨味成分であるだけでなく、生体機能の重要な要素にも関わっている。

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リン酸がイネの発根促進に繋がるメカニズムを考察した記事です。発根促進物質として知られるイノシンに着目し、その前駆体であるイノシン酸の生合成経路を解説しています。イノシン酸は、光合成産物であるグルコースにリン酸が付加されたリボース-5-リン酸を経て合成されます。つまり、リン酸の存在がイノシン酸の合成、ひいてはイノシン生成による発根促進に重要であると示唆しています。さらに、リン酸欠乏時には糖がフラボノイド合成に回され、葉が赤や紫に変色するという現象との関連性にも言及しています。

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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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イネは品種改良を通してサイトカイニン含量が増加し、収量向上に繋がった。サイトカイニンは分げつ伸長や養分転流に関与する重要な植物ホルモンだが、根の伸長は抑制する。高校生物で学ぶ「サイトカイニンは根で合成」は少し不正確で、実際は地上部で合成されたiP型サイトカイニンが根に運ばれ、tZ型に変換されて地上部へ送られ作用する。根の栄養塩が豊富だとtZ型への変換が促進され、サイトカイニン活性が高まる。

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ヨトウガ対策には、植物ホルモンに着目したアプローチが有効です。ヨトウガはエチレンによって誘引されるため、エチレン合成を阻害するアミノエトキシビニルグリシン(AVG)が有効です。しかし、エチレンは植物の成長やストレス応答にも関与するため、安易な阻害は生育に悪影響を及ぼす可能性があります。一方、ジャスモン酸は食害ストレスへの防御機構を活性化させるため、メチルジャスモン酸(MeJA)処理による抵抗性向上も期待できます。ただし、高濃度では生育阻害を起こす可能性があるため、適切な濃度での使用が重要です。これらのホルモンの相互作用を理解し、適切に制御することで、ヨトウガの被害を軽減し、健全な植物生育を実現できます。

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畑作継続の難しさは、地力維持の困難さに起因する。特に窒素、リン酸、カリは収穫物と共に持ち去られ、土壌から急速に枯渇する。化学肥料で補う方法もあるが、土壌の劣化や環境問題を引き起こす可能性がある。持続可能な農業のためには、有機物施用や輪作が重要となる。緑肥や堆肥は土壌構造を改善し、微生物活動を活性化させることで養分供給力を高める。輪作は特定養分の過剰な消費を防ぎ、病害虫発生も抑制する。しかし、有機農業は手間と時間が必要で、収量も低下する場合がある。土壌診断に基づいた適切な管理と、地域特性に合わせた栽培方法の選択が、長期的な畑作継続には不可欠である。

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カプサイシンはトウガラシの辛味成分で、バニリルアミンと分岐脂肪酸がアミド結合した構造を持つ。辛味度はスコビル単位で表され、純粋なカプサイシンは1600万単位と非常に高い。人体への作用は、TRPV1受容体を活性化し、熱さや痛みを感じさせる。また、内臓脂肪の燃焼促進や食欲抑制、血行促進などの効果も報告されている。しかし、過剰摂取は胃腸障害を引き起こす可能性がある。農林水産省はカプサイシンを含むトウガラシの適切な利用と注意喚起を促している。

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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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SOY ShopにCoineyペイジ決済モジュールが追加されました。Coineyは、カードリーダー(Coineyターミナル)を用いた決済に加え、Coineyペイジを利用したオンライン決済にも対応しています。モジュール導入により、SOY Shop上でCoineyペイジへの遷移によるクレジットカード決済が可能になります。実店舗とネットショップ両方でCoineyを利用したい場合に最適です。設定方法はモジュール設定画面に記載されています。Coineyは交通系電子マネー決済にも対応しており、導入によりSuica等の電子マネー決済を簡便に導入できます。Coineyペイジは新機能のため、現時点ではテスト環境は未対応ですが、順次対応予定です。

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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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酵素の働きを量子力学的に理解すると、そのメカニズムがより明確になる。生物は高カロリー物質を低カロリー物質に変換する際、酵素を用いて必要なエネルギーを減少させ、その差分を生命活動に利用する。酵素反応は、電子の授受という観点から説明できる。金属酵素では、マンガンなどの金属が基質を引きつけ、反応を促進する役割を担う。つまり、酵素は電子の移動を制御することで、効率的なエネルギー変換を実現している。

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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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軟腐病菌エルビニア・カロトボーラは通性嫌気性で、酸素があってもなくても生育できる。酸素がある場合は好気呼吸で、ない場合は発酵でエネルギーを得る。つまり、酸素供給剤で酸素を供給しても、軟腐病菌を弱体化させることにはならない。酸素供給剤の効果は消毒によるもの。エルビニア・カロトボーラは乾燥に弱い可能性があるため、酸素による酸化作用ではなく乾燥による消毒が有効と考えられる。

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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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鳥取砂丘の未熟土壌での栽培は、保水性・保肥性の低さ、強風、高温といった厳しい環境への対策が必要となる。著者は、砂丘地帯の傾斜を利用した雨水貯留、海藻堆肥による土壌改良、風除けのためのヒマワリ栽培、さらにマルチや緑肥の活用で土壌環境の改善に取り組んでいる。 具体的には、傾斜下部に穴を掘り雨水を貯め、乾燥しやすい砂地へ供給。海藻堆肥は保水性向上だけでなく、ミネラル供給源としても機能する。ヒマワリは風除け、緑肥となり、土壌有機物の増加にも貢献。マルチは地温と水分を安定させる。 これらの工夫により、砂丘地帯でも作物を栽培できる可能性を示唆している。しかし、砂丘の不安定な性質、肥料流亡のリスクなど、更なる研究と改善が必要である。

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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。

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シグモイド曲線は、ある点付近で急速に傾斜が変わるグラフを表します。シグモイド型のBB肥料は、初期に緩やかに効き始め、その後一気に効果を発揮します。この特性は、長期的な効果が必要な作物の周年栽培に適しています。 一方、リニア型のBB肥料は直線的な効き方をするため、一定期間にわたって持続的に効果を発揮します。BB肥料のシグモイド型とリニア型を適切に使い分けることで、作物の成長段階や栽培条件に応じた効率的な施肥が可能となります。

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植物の葉は、光を効率的に受けるために、重なりを避けながら巧みに配置される。葉序と呼ばれる規則があり、例えばキャベツやハクサイは144度ずつ葉をつける2/5葉序を持つ。Pythonでこの配置を可視化すると、5枚で円を2周する様子がわかる。しかし、単純な144度回転では葉が重なってしまうため、実際には茎の捻れ(+5度)が加わり、新しい葉は古い葉を避けて展開する。このモデルを葉の数(N)を増やしてシミュレーションすると、N=20や30では実際のロゼット状の植物の配置に近づく。

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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。

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解糖系で生成されたピルビン酸は、ミトコンドリア内でクエン酸回路に入り、電子を放出する。この回路では、ケトグルタル酸など様々な有機酸を経由し、NADH₂⁺の形で電子を取り出す。ケトグルタル酸は植物のアミノ酸合成にも利用される物質である。つまり、植物はクエン酸回路で生成される有機酸をアミノ酸合成にも活用している。そのため、糖をアミノ酸合成に利用する植物にとって、アミノ酸を直接吸収する能力は大きなメリットとなる。

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植物にとって最も重要な植物ホルモンであるオーキシンは、成長や発達に様々な影響を与える。オーキシンは茎の先端で合成され、重力の方向に移動することで植物の成長方向を制御する。この重力による移動は、オーキシン排出キャリアのPINタンパク質が細胞膜の特定の位置に配置されることで実現される。オーキシンは細胞壁を緩めることで細胞伸長を促進し、高濃度では逆に成長を阻害する。この性質を利用し、植物は光の方向へ成長する屈光性を示す。オーキシンは側根の形成や果実の発達にも関与し、農業分野でも挿し木の発根促進などに利用されている。オーキシンは植物の形態形成に不可欠なホルモンであり、その作用メカニズムの解明は植物科学の重要な課題である。

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葉緑体は光合成で水を分解し、電子を取り出す過程で酸素と水素イオン(H⁺)を生成する。電子はNADPHに蓄えられ、後のブドウ糖合成に使われる。一方、H⁺は葉緑体内のATP合成酵素を通過する際に生じるプロトン駆動力によってADPからATPを生成する。このATPは、二酸化炭素からブドウ糖を合成する暗反応で使われ、光合成全体の反応が完結する。つまり、葉緑体は光エネルギーを利用して水を分解し、電子とH⁺からそれぞれNADPHとATPを作り、ブドウ糖合成に必要なエネルギーを自前で供給している。

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植物は光合成の明反応で水から電子を取り出し、NADPHの形で蓄える。暗反応（カルビン・ベンソン回路）では、二酸化炭素からブドウ糖を合成する際に、このNADPHから電子が有機酸に渡される。結果として、ブドウ糖には水由来の電子が蓄えられることになる。生物はエネルギーが必要な時、このブドウ糖を分解することで電子を取り出し利用する。つまり、ブドウ糖は電子の貯蔵形態として機能している。