分子通信与线粒体代谢研究

发布时间：2021-03-08 04:23

　　分子通信是一种使用生物化学分子作为信息载体的短距离通信技术,对代谢性疾病研究具有独特优势。细胞线粒体系统包含丰富的分子信息,线粒体代谢活动也是诸多分子交互作用的过程,采用分子通信技术实现线粒体代谢的动态观测、活体化和可视化对揭示线粒体疾病的发生机制、诊断、预防和治疗有重要意义。本文概述了分子通信的基本概念、体系结构、通信过程及传输机制;介绍了分子通信技术在线粒体代谢研究中的具体应用,如线粒体能量代谢、线粒体内钙离子浓度、线粒体空间结构和线粒体-核逆行信号等线粒体代谢活动的分子通信技术检测和分析等,并提出了分子通信技术在线粒体代谢研究中存在的问题和前景等,有助于加深对分子通信学科的认识及了解分子通信技术在线粒体代谢研究中的进展。分子通信提供了从分子水平至个体水平捕获线粒体代谢信息的方法,可逐步实现对线粒体代谢量化检测,使细胞线粒体代谢的监测从有创、抽象向无创、实时、定量和可视化发展,将在线粒体疾病的研究和防治中发挥重要作用。 

【文章来源】：肿瘤代谢与营养电子杂志. 2019,6(03)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图3 分子马达的主动通信方式[13]

分子通信过程由信息编码、发送、传输、接收和解码5个步骤序贯组成，如图1[4]。首先，基于信息分子类型、三维结构、序列、释放时间、数量或浓度变化率等物理或化学特性编码信源产生的信息并翻译到能够被接收器检测到的信息分子上;然后，发送器打开向外扩散信息分子通道或将信息分子封装到接口分子中并借助运输分子/引导分子释放信息分子到传输介质，再通过液体或气体介质从发送器传送到接收器。接收器检测到被传输的信息分子后，采用“配体—受体结合”机制接收信息分子或通过打开分子通道使信息分子进入接收器并解码所需要的信息。分子通信传输机制类似于物质细胞内运输，分为无化学能驱动的“被动传输”方式或有化学能驱动的“主动传输”方式[12]。根据信息分子传输距离的不同又可以分为短距(nm～μm)通信、中距(μm～mm)通信和长距(mm～m)分子通信。短距通信基于自由扩散的被动传输机制和基于分子马达的主动传输机制;中距通信包括基于反应扩散的被动传输机制和基于细菌马达的主动传输机制;长距分子通信主要包括基于信息素、基于神经元和基于毛细血管的通信。在实际应用中，根据不同的目的设计和实现能够满足传输距离的通信系统。

二维电子光谱技术是一项探测电子耦合、能量转移、电子转移和弛豫过程的分子通信技术，适合于线粒体电子传递链中分子信息和能量代谢研究。二维电子光谱测量系统由大量分子信息组成，经过对检测信号进行傅立叶变换后以光子回波的形式反映分子信息[25]。Engel GS团队[26,27]和Collini E团队[28]分别对液氮、室温下细菌叶绿素复合物色素分子间的传能过程进行研究，应用二维电子光谱检测到了分子交互作用过程中能量传递的直接证据。翁羽翔等[25]采用二维电子光谱仪研究细菌叶绿素分子的低振动模与电子态耦合时的分子交互效应，通过将以激发频率、探测频率以及布居时间为坐标的三维数据阵列对布居时间做傅里叶变换，得到了二维电子光谱动力学数据在频域的表现形式，变换后将布居时间变换为激子拍频率轴，获得叶绿素分子某一低频振动模式的二维谱图。Gao W等[29]结合伪装干扰试验的实测数据，应用光谱图像熵的变化来评估光谱成像的干扰效果，结果显示，图像熵可以定量、精确地反映干扰对光谱成像造成的影响，并可便捷、直观地展示光谱成像干扰效果在不同光谱波段之间的定量差别和细微变化。在线粒体代谢研究中，光谱图像熵分析后可计算出线粒体代谢过程中的能量变化，包括线粒体代谢率和代谢熵的变化。2.2 线粒体结构(分裂和融合)的分子信息技术测定

【参考文献】：
期刊论文
[1]量子相干态的二维电子光谱测量的原理、应用和发展[J]. 翁羽翔,王专,陈海龙,冷轩,朱锐丹.  物理学报. 2018(12)
[2]基于扩散的分子通信与身体域纳米网络[J]. 彭木根,艾元,纪晓东.  北京邮电大学学报. 2016(02)
[3]图像熵在光谱成像干扰效果评估中的应用研究[J]. 高卫,孙鹏,孙奕帆,党东妮.  光学与光电技术. 2016(01)
[4]分子通信研究综述[J]. 黎作鹏,张菁,蔡绍滨,王勇,倪军.  通信学报. 2013(05)
[5]3T动态磁共振磷谱对正常人骨骼肌线粒体功能的在体研究[J]. 秦斌,吴飞云,刘许慧,陆永刚,齐静.  医学影像学杂志. 2011(08)



本文编号：3070404