糖生物学与分子诊断
化学生物学的分子诊断技术
化学生物学的分子诊断技术随着科技的迅猛发展，化学生物学作为交叉学科深受关注。
它将化学和生物学的理论与方法相结合，为生命科学领域带来了革命性的突破。
其中，分子诊断技术作为化学生物学的重要应用之一，对于疾病的早期诊断、治疗和预防起着重要的作用。
本文将介绍化学生物学的分子诊断技术的原理、应用及其未来发展。
一、分子诊断技术的原理分子诊断技术是通过检测生物体内的分子，如DNA、RNA、蛋白质等来诊断疾病。
该技术主要分为两个方面：分子分析和分子识别。
分子分析是通过技术手段对生物分子进行提取、纯化、扩增等操作，以获取足够的分子样本进行分析。
分子识别是通过适当的方法确定分子的结构、性质和功能，从而对疾病进行准确的诊断。
二、分子诊断技术的应用1. 基因检测基因检测是分子诊断技术的重要应用之一。
通过分析生物体内的基因突变、异常等，可以早期发现遗传性疾病的患者，并进行个体化的治疗。
例如，通过检测乳腺癌基因突变，可以帮助早期发现乳腺癌风险的人群，并采取相应的预防措施。
2. 肿瘤标志物检测肿瘤标志物检测是分子诊断技术在肿瘤领域的应用。
通过检测患者体液中的肿瘤标志物，可以实现早期发现、诊断和评估肿瘤病情的目的。
例如，人类乳头状瘤病毒(HPV)的检测可以帮助判断宫颈癌的风险，进而进行早期治疗。
3. 蛋白质检测蛋白质检测是分子诊断技术中的重要内容。
蛋白质是生物体内的重要功能分子，其异常表达与疾病的发生有着密切的关系。
通过检测蛋白质的类型、含量和修饰情况，可以为疾病的早期诊断和个体化治疗提供重要参考。
例如，血液中PSA（前列腺特异性抗原）的检测可以帮助早期发现前列腺癌。
三、分子诊断技术的发展前景随着化学生物学和生物技术的迅猛发展，分子诊断技术将会得到进一步改进和完善。
未来，我们可以预见以下几个方面的发展趋势：1. 高通量技术的应用高通量技术将大大提高分子诊断技术的效率和准确性。
例如，大规模并行测序技术的应用可以加快基因检测的速度，提供更加全面的基因信息。
糖生物学
糖类和血型
• 众所周知人类的主要血型是ABO型，是 1900年Landsteiner发现的。这一发现在 第一次世界大战期间对抢救伤员作出了重 大贡献Landsteiner因发现ABO血型而获得 1930年诺贝尔生理和医学奖。 • 经过许多免疫学家半个多世纪的研究， 1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定 簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。
一个分子生物学的扩展
糖类药物
• 以糖类为基础的抵抗疾病的药物来源很广，多数 是天然存在的化合物，例如糖苷类。 • 以糖类为基础的药物的作用位点是在细胞表面， 这类药物干扰整个细胞和机体。科学家认为，糖 类药物是副反应相对较小的药物之一。它们不仅 可以作为治疗疾病的药物，也可作为保健食品。 • 以糖类为基础疫苖 • 以糖类为基础的药物，不仅可用于人与动物，还 可以用作农药，比起传统的化学农药来，以糖类 为基础的生化农药对环境的污染更小。
• 己糖胺 Hexosamines ，N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) • 五碳糖Pentoses：木糖 xylose (Xyl) • 脱氧已糖，Deoxyhexoses:岩藻糖(Fuc) • 己糖胺 Hexosamines :N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc) • 九碳糖酸: N-乙酰神经氨酸(NeuAc) • 糖醛酸，Uronic Acids：glucuronic acid (GlcA) and iduronic acid (IdA).
聚糖更新
• 像活细胞的所有组成部分，多聚糖不断更新。 • 介导反应的酶：exoglycosidases或 endoglycosidases 。 • 一些单位可被删除，然后添加到没有降解的链上。 • 最后完成降解在溶酶体内，由一系列的糖苷酶降 解。降解的单糖常出溶酶体进入细胞质再利用。 • ER -高尔基途径聚糖聚合相对缓慢，细胞核和细 胞质多聚糖可能会更动态，并迅速。
分子诊断技术在生物学领域的应用分析
分子诊断技术在生物学领域的应用分析近年来，分子诊断技术在生物学领域得到了广泛的应用。
随着科学技术的发展和人类对疾病的深入研究，分子诊断技术能够对疾病的早期诊断、疾病发生的机制、药物疗效的监测等方面提供了很大的帮助。
本文将从分子诊断技术的基本理论和方法开始，阐述其在生物学领域的应用现状和前景。
一、分子诊断技术的基本理论和方法分子诊断技术是以人类DNA为核心研究对象的一种技术，它的基本理论是分子生物学，主要包括了基因测序、PCR扩增、细胞病理学等基本方法。
其中，PCR 扩增是分子诊断技术的核心技术之一，它能够在无需大量分离纯化DNA样本的情况下，通过引入特异性引物从而高度扩增目标DNA片段，进而利用不同实验室惯用的基因检测方法对PCR扩增产物进行检测和分析，以确定目标基因的存在性、基因型和表达水平等信息。
在基本技术的基础上，分子诊断技术又不断进行了创新和发展，出现了许多新的技术方法。
比如，下一代测序技术（NGS）通过同时对大量DNA分子进行测量、检测和序列化，使得大规模、靶点多样和全基因组分析变得可行，而且在研究基因细胞分型和定量分析方面表现出了应用优势。
同样，单粒子分析技术、分别测序和金属离子离子分析等技术方法也被广泛应用于分子诊断领域。
二、分子诊断技术在生物学领域的应用现状和前景分子诊断技术具有很广泛的应用前景，尤其在基因诊断、癌症诊断、高通量药物筛选和环境检测等领域。
下面我们就其应用案例和发展前景做一些简要的分析。
1. 基因诊断领域基因方式风险评估和基因诊断已成为临床分子诊断的核心之一。
基因诊断能够发现个体或家族的基因变异，从而帮助医生制定更为精细的治疗方案。
比如，靶向基因突变的肿瘤治疗方法与越来越重视的家庭基因风险评估等。
以Cystic Fibrosis （囊性纤维化）基因诊断为例，近年来关于该疾病的遗传学研究不断深入，分子筛查技术的开发和普及已经极大地促进了CF基因分型的明确和卡介绍预防的实施。
糖生物学
糖链数目差异很大，4-30个不等。
（二） 糖链与蛋白连接方式
N-连接：糖基1位C上-OH与肽链上Asn的 酰氨基相连。 O-连接：糖基1位C上-OH与肽链上丝、苏 羟基相连。 糖分支犹如天线状，称二、三、四、五天线 结构，不均匀结合蛋白表面。
（一）N—连接糖蛋
1.定义 糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列 的天冬酰胺氮以共价键连接称N—连接糖蛋 白。 2.糖基化位点 N—连接糖蛋白中的Asn-X-Ser/Thr三个氨 基酸残基的序列子称为糖基化位点。
（二）O—连接糖蛋白 1.定义 糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连， 称为O—连接糖蛋白。
2.O—连接寡糖结构 O—连接寡糖有N—乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖， 核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、N—乙 酰葡萄糖胺等单糖。 3.O—连接寡糖合成 O—连接寡糖在N—乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在 多肽链的丝/苏氨酸羟基上连接上N—乙酰半乳基，然 后逐个加上糖基直至O—连接寡糖链的形成。
（3）硫酸角质素（KS）: 半乳糖+乙酰氨基葡萄 糖 (Gal- GlcNAc) 单个KS很少大于4万（80个重复二糖）, 无糖醛酸。 （4）硫酸乙酰肝素（HS）及肝素（Hep）: HS 葡 萄 糖 醛 酸 + 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 (GlcUAGlcNAc) Hep : 艾 杜 糖 醛 酸 + 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 (idoUAGlcNA) |a 1→3|单个分子量10万
三 与医学关系
“细胞颜面 ”，糖被、植被，传递信息、受体， 每个红细胞表面50万个糖蛋白、表面唾液酸 （负电），避免在血管内粘付。 血型 各型的抗原决定簇差异为糖链非还原末 端糖基，A—N-乙酰氨基半乳糖，B—半乳糖， O—无此末端糖基。 糖链改变，可产生自身抗体，→ 自身免疫性 疾病。 恶性肿瘤的恶性行为（侵袭、转移等）与其细 胞表面糖复合物的组成、结构密切相关。 病原微生物的感染有种属与组织专一性。 神经系统富含脂类，糖脂为重要成分。
糖生物学的研究进展及应用前景
糖生物学的研究进展及应用前景糖是生物体中十分重要的一类分子，其功能十分复杂，包括细胞外基质的结构和生物粘附，细胞间通讯，病原体感染与宿主细胞互作等方面。
因其复杂的功能，糖生物学成为了生命科学研究中的重要领域。
本文将针对糖生物学的研究进展及其应用前景展开探讨。
糖的合成与修饰糖是由多个单糖分子通过特定键结合而成，糖的复杂度可以通过糖分析技术进行描述。
糖生物学的研究中，最基本的问题是如何确定某一糖链的结构，这一问题可以通过质谱、核磁共振等技术来解决。
同时，糖的修饰也是糖生物学的研究重点之一，不同的糖修饰在生物体中起到了不同的作用。
例如所谓的核心糖修饰可以被大量生物蛋白特异性辨认，从而介导了多种蛋白的相互作用。
此外，当蛋白质表面存在较为复杂的糖修饰时，会引起疾病的产生，例如人类的流感病毒 H1N1 在细胞表面的结合中，通过其表面膜糖蛋白绑定上唾液酸，从而实现感染宿主细胞。
糖的生物学功能目前已发现糖在生物体中的功能极为复杂，其中包括生长因子的作用、生物互作、细胞通讯以及细胞粘附。
大部分糖的生物功能是通过它们附着到细胞外基质的蛋白质上来实现。
这种现象是由于在糖的分子中，糖残基是决定它们所识别的蛋白质与糖链结构特异性的主要组件。
在此基础上，糖的生物学功能也表现在一些疾病的产生与抵抗上，例如肿瘤的生长和扩散均受糖的作用影响，糖蛋白的降解也参与了许多神经退行性与心血管等疾病的病理过程。
应用前景糖生物学近年来被认为是生命科学发展中的前沿领域之一，该领域涉及到许多方面，从基础学科到临床医学都具有广泛应用前景。
在消化系统疾病中，如肠道菌群失调、乳糖不耐症等疾病中，糖生物学提供了解决方案。
在肿瘤科学领域中，糖生物学将带来创新性的治疗策略，通过针对特定的糖链来治疗肿瘤。
例如，“阻挡抗原”疗法中，利用针对某种糖链的抗体来识别和识别肿瘤细胞，这为肿瘤的治疗打开了一个新的思路。
此外，基于糖的药物设计也将得到广泛应用。
糖作用于生命体系的奥秘，将成为科研领域的重点。
《分子诊断学》教学大纲
《分子诊断学》课程教学大纲课程名称：分子诊断学（Molecular Diagnose）主讲教师：杨晶（教授），申鹤云（副教授）课程编号：学时：24学分：1.5预修课程：生物化学、细胞生物学、微生物学课程简介：分子诊断学是建立在分子生物学和免疫学基础上的医学诊断技术，在充分借鉴现代基因组学与蛋白质组学的研究成果基础上，通过建立各种适用的检测技术将疾病相关基因、蛋白与临床诊断紧密结合，为疾病预防，疾病预警和疗效评价服务，其核心是基因诊断和以单抗为基础的免疫学诊断。
分子诊断技术以其显著优势和巨大潜力，成为保障人类健康的最重要的生物技术之一。
本课程主要介绍分子诊断的常用技术及在科研和临床上的应用，包括ELISA 技术、免疫胶体金层析技术、化学发光技术、时间分辨技术、分子杂交技术、荧光定量PCR技术以及各种芯片技术等，掌握临床常见感染性疾病、单基因疾病和多基因疾病分子诊断策略和方法。
教材：临床分子诊断学郑芳陈昌杰华中科技大学出版社2014.7第一章绪论（2 学时）shen一、主要内容：(一) 分子诊断学的定义及其研究范畴(二) 分子诊断学的发展简史(三) 分子诊断学在医学中的应用二、学习重点和难点：重点：掌握分子诊断学的定义，了解分子诊断学经历了 3 个阶段的发展历史。
难点：一些新型分子诊断技术在医学中的应用。
第二章免疫学诊断技术（6 学时）shen一、主要内容：(一) 抗原抗体反应(二) 免疫浊度测定(三) 放射免疫分析技术(四) 酶免疫分析技术(五) 荧光抗体分析技术(六) 时间分辨免疫荧光技术(七) 荧光偏振免疫分析技术(八) 化学发光免疫分析技术(九) 金标免疫分析技术(十) 标记免疫分析的质量控制二、学习重点和难点：重点：放射免疫分析、酶免疫分析技术、荧光抗体分析技术和免疫浊度检测等技术原理，各种反应模式的原理及应用。
难点：一些新型示踪物的示踪原理（要求一定的物理学和化学知识）。
第三章分子生物学诊断技术（基因诊断技术）（6 学时）一、主要内容：(一)PCR 及衍生技术 1. PCR 技术的基本原理 2. PCR 衍生技术 3. 荧光定量PCR 技术 4. PCR 方法的标准化(二)核酸分子杂交技术 1. 核酸杂交的基本原理 2. 核酸探针 3. 核酸分子杂交技术二、学习重点和难点：重点：FQ-PCR、原位PCR、PCR-RFLP、PCR-ELISA、PCR-SSCP、Southern blot、 Northern blot、原位杂交等技术的原理及其在临床检测中的实际应用。
糖类的分子生物学研究进展
糖类的分子生物学研究进展糖类作为一种广泛存在于生命体中的分子，其生物学作用备受关注。
近年来，糖类的分子生物学研究进展迅速，不断揭示其复杂的生理和病理机制。
本文将从糖类的合成、识别和代谢等方面，综述糖类分子生物学的研究进展。
一、糖类的合成糖类的合成是生命体内一种基本的代谢过程。
糖类合成途径包括糖异生、糖原合成和糖化作用等。
其中，糖异生是通过非糖营养物质合成糖类，其主要途径为糖异生途径和光合作用。
糖异生途径通过糖异生酶催化将丙酮酸、乳酸、甘油等转化为糖类，参与糖异生途径的酶包括磷酸甘油脱氢酶、磷酸已酸酯酶等。
光合作用则通过光合色素在光能的作用下，将二氧化碳转化为葡萄糖。
糖原合成是指通过葡萄糖转化生成糖原，其主要途径为糖原合成酶的作用。
糖化作用是指非酶催化下糖类和胺基酸、核酸和脂肪酸等化合物的结合反应，产生糖基化产物。
目前，糖类合成途径的研究主要关注糖异生途径和糖原合成的调控机制，通过深入研究酶的结构和功能，揭示其在糖类合成中的作用机制，为糖类代谢异常性疾病的治疗提供理论基础。
二、糖类的识别糖类在生命活动中扮演着重要的角色，其作用主要通过与细胞表面的糖类受体相互作用实现。
细胞表面的糖类受体主要包括糖基化蛋白、蛋白质酶和凝集素等。
其中，糖基化蛋白是指由糖基化修饰的蛋白质，在生命体内广泛存在，其糖基化方式包括N-糖基化、O-糖基化和酰胺基酸糖基化等。
糖基化蛋白通过糖基化部位的不同，发挥着不同的生物学功能，包括发挥信号转导、调节细胞凋亡和调节细胞黏附作用等。
蛋白质酶是指具有糖类酶活性的酶，其主要作用是催化糖类水解反应。
凝集素是一种可以结合糖类的蛋白质，其主要作用是介导细胞黏附和相互作用。
当前，糖类识别领域的研究重点是糖基化蛋白的生物学功能和糖类受体的结构和功能，为糖类的药物靶点开发提供理论基础。
三、糖类的代谢糖类代谢是指生命体内糖类的利用和分解过程。
糖类代谢主要分为糖的吸收、利用和储存等三个方面。
糖的吸收是指糖类从肠道吸收到血液中，其主要途径为GLUT和SGLT。
糖和生物化学——糖生物学和糖基面
糖和生物化学——糖生物学和糖基面糖是人类生活中不可或缺的营养素，具有重要的生物学功能，但它的作用范围可能比大家想象的还要更多。
糖不仅仅是我们平常见到的食用糖，它在生物体内还扮演着许多重要的角色，在生命体系中起到了至关重要的作用。
研究糖生物学和糖基面，可以帮助我们更好地了解生命的起源和发展，探索疾病的病因和治疗方法。
糖生物化学糖生物学是生物化学的一个分支，研究糖在生命体系中的生化反应、代谢途径、生物活性等方面的内容。
糖在人类生活中的角色大家都非常清楚，比如说它是我们生活中重要的能量源，还是烘焙、酿酒、腌制等方面的必不可少的原料。
但事实上，糖在生物体内的功能和生化活动还远不止于此。
例如，一些生物糖分子中含有特殊的结构单元，能够辅助蛋白质、核酸等生物大分子完成一些特殊的生化作用。
有的糖类分子具有生物信息传递、免疫反应等功能，对于人体的免疫系统和生命保持平衡起到了至关重要的作用。
此外，糖作为生物大分子的核心构成部分之一，在生化代谢的途径中广泛存在。
在常见的能量代谢途径中，糖通过酵解、三羧酸循环等途径，形成ATP等能量化合物，为生物体提供能量。
另一方面，在人体代谢功能失调的情况下，糖也可能积累起来，引发一些代谢性疾病，比如糖尿病等。
糖生物化学的研究对于我们更好地了解复杂的生物体系，探索疾病的发病机制和治疗方法，都有着非常重要的作用。
糖基面关于糖基面的研究，起源与生物基础研究领域中的糖分子识别功能有关。
糖基面是指大分子表面所暴露出的和糖相关的蛋白质、脂质、核酸等生物大分子所拥有的糖基的结构。
由于其具有重要的生物学活性，糖基面成为可以促进生物分子相互作用、控制细胞信号传递、调节生物活性等的重要介体。
近年来，糖分子在细胞和生物分子相互识别中的作用已被逐渐重视。
糖分子与其他生物分子的相互作用可以发生在细胞表面、胞内和胞外环境中。
这些相互作用能够控制细胞活性、细胞外基质生产以及中枢神经系统中的细胞交互等生理作用。
其中，一些糖基面受体和糖基面酶是能够调节炎症、毒瘤和免疫反应等重要生物过程的关键因子。
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糖生物学：研究糖缀合物糖链的结构、生物合成和 生物学功能的一门学科。
涉及到学科：分子生物学、细胞生物学、病理学、 免疫学、神经生物学等
各国政府对糖生物学研究的支持
美国能源部（1986）资助佐治亚大学创建了复 合糖类研究中心(CCRC)，建立复合糖类数据 库(CCSD)。
C．聚糖结构，即结构信息；
d．糖基化功能，即功能信息
二、糖复合物的结构与功能
糖蛋白Glycoproteins: 由糖和多肽或蛋白质以共价 键连接而成的结合蛋白。糖含量1%—80%。不多 于15个单糖残基
蛋白聚糖 Glycoproteins ：含大量糖胺聚糖并与 多肽骨架连接的高分子物质。糖含量＞95%
种、总数超过8100种的糖链结构，其中有890种N连接寡糖链、709种O-连接寡糖链、以及85种其他
类型糖链的结构已经完全测定清楚。
糖科学与糖组学的意义
Gest和 Schopf：“以糖类为基础的细胞体系 为生物化学层次和细胞层次上的进化提供了成功 的起点”。
•Scientists are saying that glycomics could fuel a revolution in biology to rival that of the human genome. [New Scientist, Oct. 2002]
2001年9月：启动 “功能糖组学”研究，目标： 阐明由蛋白质-糖链相互作用所介导的细胞通 讯机制。
由美国MIT主办、付款订户超过30万、在预测和 评估高科技发展趋势和指导风险投资方面具有权威 性地位的杂志Technology Review，在2003年1月 21日出版的一期中，将糖组学确定为行将改变世界 的 十 大 新 兴 技 术 之 一 。 在 2003 年 GlycoSuiteDB （5.0版）糖组数据库中，已经积累了来自187个物
糖复合物 glycoconjugate—糖类与蛋白或脂 类形成共价结合物。
❖ Glycobiology:
❖糖类作为生物能源分子的重要性在经典的生物化学 领域中早已得到广泛的探讨和论述，然而这部分内 容只是当代糖生物学研究的一个小小的分支.
❖糖生物学主要关注的是糖类作为信息分子和调节分 子在生物体的各项正常生命活动和病理状态下所发 挥的作用.
糖脂 Glycolipid: ：由糖通过其半缩醛羟基以糖苷 键与脂质相连的化合物。
膜蛋白中的糖
Wenzhou Medical University
糖蛋白及糖链
蛋白质 糖蛋白
多糖 多糖中多为糖的衍生物，如N-乙酰氨基多糖等（常 见的糖是半乳糖或甘露糖） 寡糖链多是分支的，一般仅含有15个以下的单糖， 分子量在540-3200。但糖链数目变化很大
糖链的多样性和复杂性
DNA中，G-C → 一种结构 糖链中，Man → Gal Man 可以和 Gal的C2、C3、C4、C6连接→4 Man → Gal可以用αβ连接→8 甘露糖残基可以以呋喃糖或吡喃糖形式→16
糖链的多样性和复杂性
由4个核苷酸组成的寡核苷酸，可能的序列 仅有24种；
而由4个己糖组成的寡糖链，可能的序列则 多达3万多种。
糖生物学与分子诊断
一、概述
糖类化合物是多羟基醛或多羟基酮及其缩聚物 和某些衍生物的总称
糖类物质可以根据其水解情况分为： Monosaccharide 单糖 Oligosaccharide 寡糖 Polysaccharide 多糖
在生物体内： 均一多糖 homopolysaccharide 杂多糖 heteropolysaccharide 糖复合物 glycoconjugate：
Wenzhou Medical University
• 淋巴细胞表面的糖基是使它正确进入淋巴 组织的决定因子,如果用岩藻糖酶处理淋巴 细胞后,后者不能进入脾脏改进入肝脏
Wenzhou Medical University
内质网中新 合成的溶酶 体酶靠糖链 上的6-磷酸 甘露糖标记， 得以通过胞 内分发系统 进入行使功 能。
1897年 (Buchner)发现酵母无细胞提取液糖→酒精 ↓
2O世纪3O年代糖酵解途径的基本阐明 ↓
2O世纪60年代中叶细胞信息的职能 ↓
2O世纪8O年代下半叶对糖类分子的研究终于形成一个明 显的新高潮 ↓
20世纪末由几个糖生物学家同时提出了“糖组”的概念
1988，Raymond Dwek 提出 糖生物学 (Glycobiology)的概念 (Annuel Review of Biochemistry)
➢ Glycobiology: Study of the structure, chemistry, biosynthesis, and biological functions of glycans and their derivatives.
➢糖生物学（Glycobiology）：是研究糖类（即碳 水化合物）及其衍生物的结构、代谢、生物学 功能、以及与疾病的关系的科学，是当代生物 有机化学和分子细胞生物学的一个活跃的交叉 学科前沿。
Sharon, N. ：糖科学研究是“分子细胞生物学 领域最后一个遗留的前沿”
糖组学(糖蛋白)------涉及单个个体的全部糖蛋白结 构分析，确定编码糖蛋白的基因和蛋白质糖基化的 机制．
糖组学主要解决4个方面问题：
a．什么基因编码糖蛋白，即基因信息；
b．可能糖基化位点中实际被糖基化的位点，即糖基 化位点信息；
糖类作为信息分子
在受精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡 态的维持等方面起着重要作用
炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转 换、病原体感染
植物和病原体相互作用 植物与根瘤菌共生等生理和病理过程都有糖类的介导
以1843年杜马(Dumas)提出糖类实验式． ↓
19世纪8O年代(Fischer) 单糖分子结构 ↓
正是由酸和蛋白质大了几个数量级。
❖ Glycobiology:
✓ 糖链具有比核酸和肽链更大的潜在信息编码 容量.