分子通信是一種使用生物化學(xué)分子作為信息載體的短距離通信技術(shù),對(duì)代謝性疾病研究具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。細(xì)胞線粒體系統(tǒng)包含豐富的分子信息,線粒體代謝活動(dòng)也是諸多分子交互作用的過(guò)程,采用分子通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)線粒體代謝的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、活體化和可視化對(duì)揭示線粒體疾病的發(fā)生機(jī)制、診斷、預(yù)防和治療有重要意義。本文概述了分子通信的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、通信過(guò)程及傳輸機(jī)制;介紹了分子通信技術(shù)在線粒體代謝研究中的具體應(yīng)用,如線粒體能量代謝、線粒體內(nèi)鈣離子濃度、線粒體空間結(jié)構(gòu)和線粒體-核逆行信號(hào)等線粒體代謝活動(dòng)的分子通信技術(shù)檢測(cè)和分析等,并提出了分子通信技術(shù)在線粒體代謝研究中存在的問(wèn)題和前景等,有助于加深對(duì)分子通信學(xué)科的認(rèn)識(shí)及了解分子通信技術(shù)在線粒體代謝研究中的進(jìn)展。分子通信提供了從分子水平至個(gè)體水平捕獲線粒體代謝信息的方法,可逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)線粒體代謝量化檢測(cè),使細(xì)胞線粒體代謝的監(jiān)測(cè)從有創(chuàng)、抽象向無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、定量和可視化發(fā)展,將在線粒體疾病的研究和防治中發(fā)揮重要作用。 

【文章來(lái)源】：腫瘤代謝與營(yíng)養(yǎng)電子雜志. 2019,6(03)

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖3 分子馬達(dá)的主動(dòng)通信方式[13]

分子通信過(guò)程由信息編碼、發(fā)送、傳輸、接收和解碼5個(gè)步驟序貫組成，如圖1[4]。首先，基于信息分子類(lèi)型、三維結(jié)構(gòu)、序列、釋放時(shí)間、數(shù)量或濃度變化率等物理或化學(xué)特性編碼信源產(chǎn)生的信息并翻譯到能夠被接收器檢測(cè)到的信息分子上;然后，發(fā)送器打開(kāi)向外擴(kuò)散信息分子通道或?qū)⑿畔⒎肿臃庋b到接口分子中并借助運(yùn)輸分子/引導(dǎo)分子釋放信息分子到傳輸介質(zhì)，再通過(guò)液體或氣體介質(zhì)從發(fā)送器傳送到接收器。接收器檢測(cè)到被傳輸?shù)男畔⒎肿雍螅捎谩芭潴w—受體結(jié)合”機(jī)制接收信息分子或通過(guò)打開(kāi)分子通道使信息分子進(jìn)入接收器并解碼所需要的信息。分子通信傳輸機(jī)制類(lèi)似于物質(zhì)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，分為無(wú)化學(xué)能驅(qū)動(dòng)的“被動(dòng)傳輸”方式或有化學(xué)能驅(qū)動(dòng)的“主動(dòng)傳輸”方式[12]。根據(jù)信息分子傳輸距離的不同又可以分為短距(nm～μm)通信、中距(μm～mm)通信和長(zhǎng)距(mm～m)分子通信。短距通信基于自由擴(kuò)散的被動(dòng)傳輸機(jī)制和基于分子馬達(dá)的主動(dòng)傳輸機(jī)制;中距通信包括基于反應(yīng)擴(kuò)散的被動(dòng)傳輸機(jī)制和基于細(xì)菌馬達(dá)的主動(dòng)傳輸機(jī)制;長(zhǎng)距分子通信主要包括基于信息素、基于神經(jīng)元和基于毛細(xì)血管的通信。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的目的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能夠滿足傳輸距離的通信系統(tǒng)。

二維電子光譜技術(shù)是一項(xiàng)探測(cè)電子耦合、能量轉(zhuǎn)移、電子轉(zhuǎn)移和弛豫過(guò)程的分子通信技術(shù)，適合于線粒體電子傳遞鏈中分子信息和能量代謝研究。二維電子光譜測(cè)量系統(tǒng)由大量分子信息組成，經(jīng)過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換后以光子回波的形式反映分子信息[25]。Engel GS團(tuán)隊(duì)[26,27]和Collini E團(tuán)隊(duì)[28]分別對(duì)液氮、室溫下細(xì)菌葉綠素復(fù)合物色素分子間的傳能過(guò)程進(jìn)行研究，應(yīng)用二維電子光譜檢測(cè)到了分子交互作用過(guò)程中能量傳遞的直接證據(jù)。翁羽翔等[25]采用二維電子光譜儀研究細(xì)菌葉綠素分子的低振動(dòng)模與電子態(tài)耦合時(shí)的分子交互效應(yīng)，通過(guò)將以激發(fā)頻率、探測(cè)頻率以及布居時(shí)間為坐標(biāo)的三維數(shù)據(jù)陣列對(duì)布居時(shí)間做傅里葉變換，得到了二維電子光譜動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)在頻域的表現(xiàn)形式，變換后將布居時(shí)間變換為激子拍頻率軸，獲得葉綠素分子某一低頻振動(dòng)模式的二維譜圖。Gao W等[29]結(jié)合偽裝干擾試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)用光譜圖像熵的變化來(lái)評(píng)估光譜成像的干擾效果，結(jié)果顯示，圖像熵可以定量、精確地反映干擾對(duì)光譜成像造成的影響，并可便捷、直觀地展示光譜成像干擾效果在不同光譜波段之間的定量差別和細(xì)微變化。在線粒體代謝研究中，光譜圖像熵分析后可計(jì)算出線粒體代謝過(guò)程中的能量變化，包括線粒體代謝率和代謝熵的變化。2.2 線粒體結(jié)構(gòu)(分裂和融合)的分子信息技術(shù)測(cè)定

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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