德国德累斯顿Fetscherstrasse 74,01307 Carl Gustav Carus大学医院临床化学和检验医学研究所，Technische Universität Dresden
电子邮件 ：Werner.jaross@gmx.de
DOI: 10.15761 / IMM.1000168
细胞和组织是三维系统。这些支架由大分子如蛋白质、极性脂类、氨基葡聚糖、糖蛋白、胆固醇等组成网络和膜。这些结构被永久地改变，重塑，修复。化学信号不足以说明需要改变的空间方面，它应该由物理信号补充。在生命系统的温度下，所有的分子都表现出分子振动。这种大分子的振荡产生红外辐射。由于分子携带功能基团，红外辐射的特点是有明确的峰。1300厘米以下的中红外光谱频率－1能渗透而不因吸水而减弱。这些峰是由于分子的特定环境和化学反应过程中的变化而改变的。如果负责供应恢复或重塑酶的细胞能够意识到这些信号，空间方面就可以得到验证。提出的假设是，这些细胞在细胞膜和核膜上发展受体，以记录和处理这些信号的共振原理为基础，在细胞内活动。细胞膜是细胞内信号的屏障，以避免邻近细胞的干扰。在生物发育过程中，组织细胞与其细胞外基质之间的相互作用是非常强烈的。基于分子振动的信号在记忆过程中也很重要。如果将信息单元存储为修饰过的高分子，神经元去极化后的树突棘可以检索到特定变化的振动信号。检索过程不会改变存储的信息单元，而且非常节能。神经元代表存储和检索的主动部分。 If the hypothesis is experimentally proved a high amount of new research activities are induced up to new applications in stem cell research, cancer research, therapeutic possibilities, plant research.
信号、分子振动、红外辐射、核膜、细胞膜、细胞外基质、记忆
虽然关于生物环境的信息是基于化学和物理信号，但在生物的细胞和组织中，信号系统几乎完全是基于化学原理。这是令人惊讶的，因为这样的系统并不足以报道空间方面，然而生命系统、组织和细胞是三维系统，其结构是非常重要的。这些结构由不同的大分子网络组成，并通过氢键和范德尔瓦尔键无声地连接。许多通常具有信号功能的小分子附着在这些结构上或由它们生成。这个网络被一种由许多无机和有机物质组成的溶液渗透，其含量超过95%。这些体系可以存在于固体和流体之间的所有相中。系统各部分相结构的变化可能是一个功能特征。与结构相关的网络必须得到永久维护，干扰可能导致严重的扰动。这些系统是整个生命周期中再生和恢复过程的主体。必须在适当的时间在确定的位点上提供特定的酶和特定的成分。 Most requirements arise during cell deviation and development of required tissues from first cell up to complete organism. The structures of the cell, cell membrane, membranes of endoplasmic reticulum, Golgi, nuclear envelope, mitochondria organelles consist of micellar bilayers which are as extremely dynamic as the ECM. A universal information system permanently reporting on spatial aspects available intra- and extracellular seems to be necessary adding to the well elucidated chemical based signalling systems. This should be energy sufficient and continuously available. Electromagnetic signals coming directly from the structures could best fulfil the requirements. As all molecules show oscillation behaviour above zero generating an electromagnetic radiation, this molecular vibration of the structure forming macromolecules is to be taken in account.
对分子振动进行了全面的研究。不同的光谱方法是基于这些分子的特征，这些分析方法在化学和技术文献中都有详细的描述[1-3]。只有少数几个方面对我们的沉思有重要的描述和描述在下面。
所有分子都表现出恒定的平动和旋转运动，其频率小于1012大约1214零度以上。对于非线性分子，一个有n个原子的分子的不同振动数是3n-5。共用一个原子的振荡相互影响。如果频率相似，则通过耦合形成一个新的振荡器。如果频率相差甚远，则每个振子保持相当独立，并且在任何分子[2]中具有大致相同的振动频率。然而，分子特别是与分子适当相互作用的邻近分子的环境改变了分子的振动状态[2]。特定频率的电磁辐射的吸收和发射是基于分子振动的。
包括生物大分子在内的所有材料在与环境处于热平衡状态时，由于分子振动而不断发出辐射。来自环境的能量被所讨论的分子吸收，这导致了分子的更高的能量状态。这通常通过释放热量和或按化学结构的特征频率定量辐射而放松到较低的能态。分子中的官能团，特别是那些增加分子偶极特性的官能团，导致明显的峰值，而碳-氢键的质量则在宽阔的不全面带中产生[2,3]。发射的辐射频率一般在30-30000厘米之间－1．在生命系统的温度下，结构成分的大分子发出的频率在4000-400厘米之间－1［3］．这些频率是由分子偶极矩调制的分子振动引起的，在中红外光谱范围内。由于细胞内外结构成分的环境主要成分是水，只有不被水吸收的频率才能穿透一定的距离。吸水性在1300-1900厘米范围内达到最大－13200厘米以上－1(2、4)。这就是为什么只有超出这个范围的频率才能穿透某些细胞和组织中感兴趣的距离。大分子网络的变化主要是由化学反应引起的，化学反应导致了所讨论的分子处于激活状态。这伴随着发射的辐射在能量和频率方面的强烈变化。这种转变对于认识到需要采取行动的领域可能是有价值的。
根据这些数据，可以得出结论，生命系统中的所有结构部件都在中红外光谱范围内连续发射红外辐射。分子中的官能团引起光谱中的尖峰。在特定的环境中，包括相邻分子和相结构在内的每一个组分的频率都具有完全的特征。频率在1300厘米以下的光子－1超过1900厘米－1由于信号传递的原因，能够穿透细胞和组织中感兴趣的距离。在一个结构元素的轨道上的化学变化导致不同的信号分子的释放，并使发射的红外辐射发生显著变化。化学信号和物理信号一起给出了全部信息。它们是互补的，然而，细胞或细胞内结构是否能够拾取和处理物理图像尚不清楚。受体功能可基于共振原理。
细胞的结构成分有多种膜，如细胞膜、内质网、高尔基体、各种细胞器、线粒体膜、核膜等。它们都由大量与各种极性脂质如磷脂、鞘脂、糖脂和胆固醇紧密相连的特定蛋白质组成。超过1000个脂类个体已经被鉴定。脂质形成了双分子层的基本结构，其中的蛋白质被特殊地整合在一起。这些结构是非常动态的[5-8]。需要完成多种受体功能和不同的转运任务。信号分子是由脂质结构产生的。部分高尔基网或内质网被用来产生运输容器[6,9]。这些结构必须被永久修复和再生。这些复杂的程序需要在化学和空间方面非常有效的信号传递。 In a former article it was postulated that the molecular vibration via the infrared radiation is the signalling base for the spatial aspects [10]. The polar lipids are reasonable candidates for their high dipole moment. The receptor function based on resonance principle could be implemented by constituents of the outer layer of the nuclear envelop [11-15]. This signal along with the chemical signals coming from the cleavage products could be transferred into the nucleus for further processing. A precondition of this working hypothesis is that the postulated IR-signal can not leave the cell, not penetrated and disturbed adjacent cells. The construction of the outer cell membrane acts as an effective barrier for the postulated IR-frequencies.
组织组成细胞和细胞外基质（ECM），主要是关于亚结构和各种细胞群的复杂变异。在所有组件之间，在给定的组织中存在密切合作。细胞创建形成其直接环境的特定ECM。该环境永久地经历重塑过程，其中组分降低，取代，恢复和修改。这是成人生物体的情况。然而，它发生在细胞分化的复杂过程中的广泛措施中，包括茎细胞效力的建立和维持[16,17]上皮分支，形态发生，血管生成和所有发展步骤[18-23]。作为组织中细胞的支架，而且作为生长因子的储层和化学信号物质ECM的影响非常强烈地影响许多细胞功能[13,24-26]。干扰的ECM代谢导致令人讨厌的细胞增殖，细胞分化丧失，不受控制的入侵和其他故障;先天性缺陷，癌症，扰乱的物理和神经发育可能是结果。需要在三维网络中维护和实现特定要求[18,27-30]。 Main classes of macromolecules are proteins, glycogroteins, glycosaminoglycans, lipoproteins, phospholipids, sphingolipids. Every class has got many subgroups and an enormous variety of specific individuals [31,32]. These compounds of very different compositions form specific networks in several phase structures. The various cells are tissue-dependently integrated in these scaffolds. The enzymes responsible for the permanent process of renovation and modification are secreted by these cells. Some enzymes are stored in specific containers in the cells so that they can be released very quickly. Synthesis and liberation are controlled on transcriptional and translational level. The splitting products as a result of the degradation of ECM and the locally released growth factors have signal function for respective cells such as integrines, adhesion molecules, eicosanoids, lysophospholipids, lysosphingolipids and others [22,23,33,34]. This chemical signalling system is very sensitive but it is insufficient to inform on the spatial aspect where an enzymatic action is necessary. If the cells are capable to recognize and process the infrared photons coming from the structures in question, the cells would obtain the complete information on what as well as where an action is needed and the cell next to the area of interest could be activated. The signalling frequencies of interest would be very different in the different tissues in accordance with the composition of specific ECM. However, all macromolecules contain functioning groups often polarising the molecule remarkably. These groups emit IR-radiation with sharp peaks.
在细胞膜外的特异性受体可能作用于共振原理将是一个关键的前提。只有特定分子振动模式的变化才能被受体识别，并可能导致特定的细胞反应。重要的是，ir信号到达特定的细胞，而不是像上面讨论的那样只被水吸收。这些信号与特定化学信号的结合必须同时进行处理。关于ECM和细胞相互作用的一个比较全面的研究是中枢神经系统。
大脑的ECM占脑质量的很大一部分。它是由多种糖蛋白组成的网状结构，如胺基和蛋白多糖如软骨素，以及带有大量附加信号分子的肝素磺酸蛋白多糖。详细研究了神经系统不同细胞和ECM在发育过程中的密切合作，显示出对中枢神经系统发育的各个方面有强烈的影响[35,36]。树突棘是神经元与ECM的接受接触。这表明，ECM是脊柱和突触稳定性和可塑性的关键调节器。棘头粘附受体可以结合ECM配体，在下游信号蛋白中进行进一步加工。这可能是那些负责恢复过程的细胞的信号通路。然而，空间方面不能以这种方式报告。我们假设信号是由ir信号完成的。如果这些信号以这种方式工作，这些信号可能在复杂的记忆过程中也有重要意义，
记忆过程主要是假设的[37]。不断到达大脑的各种各样的信息被储存在非常不同的区域，使用不同的系统，导致短期、中期或长期存储。这些都受到许多方面的影响，如情绪、代谢和内分泌变量。大量的存储和检索任务在不断地同时运行。总能量消耗的20%用于大脑活动[36,38,39]。然而，与超级计算机相比，大脑的能源效率高得令人难以置信。信息单元的输入包括离子跨膜传输的多个能量消耗步骤，其目的是轴突和树突的极化-去极化，在突触转化为信号分子，最后通过化学反应进行存储[38,36,40]。这取决于预期的“存储时间”。对于长期存储，需要相对稳定的存储介质变化。理论上，红氧反应、金属离子与GAG等大分子的螯合配合物的形成、大分子化学构象的改变或大分子电荷的改变可能是基础。 There are hypotheses for all, nevertheless, they need energy. For the retrieval of stored information three basic requirements have to be fulfilled:
这些要求可以通过物理过程而不是化学过程来满足。迄今尚未讨论的一种可能性是基于分子振动原理的。储存会改变分子或分子组的结构，从而改变振动的特定频率和红外信号的特性。如果信息单元是感兴趣的，特定神经元树突棘上的特定受体将被去极化激活，信息单元可以被检索和处理，而不需要改变相应的结构和额外的能量。文献中对储存过程的分子底物进行了深入的讨论。已经证明，棘在指示形状和电荷变化方面具有中心重要性[41,42]。分子的储存介质尚不清楚。树突特定棘突的电荷变化可能是检索过程[42]的活跃过程，使神经元能够接收存储的信息单元提供的信号。棘本身的大分子构成了储存介质，ECM由特定的蛋白质、神经节苷脂、胆固醇、磷脂、鞘脂组成，可能通过与金属离子形成螯合复合物的方式正在讨论中[43-45]，此外，还讨论了蛋白质作为持久记忆储存介质的翻译后修饰以及影响转录和蛋白质合成的表观遗传过程。 All these hypotheses are in line with the hypothesis that the retrieval of stored information units is primarily based on molecular vibrations and the permanently existing signals are retrieved when the specific dendrite spine is activated by depolarisation as a result of the centrally triggered demand
这个假设必须通过不同的细胞培养、分离的细胞器、合成组织来实验证明。第一项任务是识别某些特定的红外频率，这些频率能够诱发可能与化学信号结合的特定细胞反应。最大的挑战将是揭示细胞膜和核膜上的特定受体。关于神经元功能重要性的推测性考虑，可以在具有高度发达和原始神经系统的动物中使用有问题的红外辐射进行研究。如果这一假设被证实，将会出现许多不同的挑战，从微生物学、植物生物学到新的治疗应用。对动脉内膜、关节软骨、脑ECM和干细胞研究的物理影响可以讨论。生物化学大分子产生红外信号具有较高的能量效率，在信息学中的应用也值得探讨。一个全新的研究方向将被创造出来。
作者声明他没有竞争利益。
Masayoshi Yamaguchi埃默里大学医学院
评论文章
收稿日期:2015年8月18日
受理日期:2015年9月11日
公布日期：2015年9月14日
©2015 Jaross W.这是一篇开放获取的文章，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。
Jaross W(2015)基于细胞和组织中形成大分子结构的分子振动的信号系统假说。Integr Mol Med 2: DOI: 10.15761/ im .1000168。
Freitaler Str. 43, 01734 Rabenau, Germany, Tel: x49 351 6441388。
电子邮件 ：Werner.jaross@gmx.de
没有数据。
