Белки — химический состав, структура, общая формула

Поможем понять и полюбить химию

Начать учиться

Белки — основной строительный материал клеток, они составляют 15–20% общей массы человека. Так что разобраться в значении белков для организма человека важно не только ради экзамена по химии, но и для того, чтобы лучше понимать, как мы устроены, правильно питаться и быть здоровым.

Что такое белок. Химический состав и образование белков

Белки — это высокомолекулярные органические соединения, которые состоят из аминокислотных остатков, соединенных между собой пептидной связью. Важно уточнить, что в состав белков входит только 20 альфа-аминокислот, тогда как всего ученым известно около 500 аминокислот. Общая формула белков выглядит следующим образом:

Греческая приставка «альфа-» в названиях альфа-аминокислот взялась из систематической номенклатуры. По ее правилам, следующий после карбоксильной группы углерод получает название первой буквы греческого алфавита — альфа, затем идет буква бета и так далее. В названии аминокислоты указывается греческая буква того углерода, у которого есть заместитель, в данном случае — аминогруппа.

Рассмотрим пример образования молекулы белка. Для этого познакомимся сначала с представителем альфа-аминокислот — альфа-аминопропановой кислотой.

Рассматривая строение молекулы, можно увидеть две конкурирующие по свойствам группы: карбоксильную, которая отвечает за кислотные свойства, и аминогруппу, которая отвечает за оснóвные свойства. Две молекулы аминокислот и более могут вступать в реакцию между собой, реагируя по разным функциональным группам. Именно таким образом получается пептид:

Соединение, которое образуется в результате взаимодействия двух аминокислот, называется дипептидом. Благодаря наличию двух свободных функциональных групп (карбоксильной и аминогруппы) дипептид может взаимодействовать с другими аминокислотами, увеличивая свое строение и превращаясь в полипептид.

Твоя пятёрка по английскому.

С подробными решениями домашки от Skysmart

Аминокислоты и их значение для человеческого организма

Говоря об аминокислотах, важно рассмотреть понятие незаменимости. Основной критерий определения биологической ценности аминокислоты — это способность поддерживать рост человека, что, в свою очередь, связано с синтезом белка в живом организме.

Незаменимые аминокислоты — это такие кислоты, которые либо не синтезируются в организме, либо синтезируются со скоростью, недостаточной для обмена веществ и образования новых клеток и тканей.

Если исключить из рациона хотя бы одну из незаменимых аминокислот, это повлечет за собой задержку роста и снижение массы тела растущего организма.

К незаменимым аминокислотам относятся валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин.

Заменимые аминокислоты

— это те, которые организм может синтезировать самостоятельно или получить с продуктами питания. К ним относятся:

аланин	глицин	серин
аргинин	глютамин	таурин
аспарагин	инозитол	тирозин
аспартат	орнитин	цистеин
гистидин	пролин	цитруллин

Давайте рассмотрим основные функции некоторых аминокислот в организме человека, чтобы лучше понять их значение:

• аспартат используется для процессов регенерации;

• гистидин необходим маленьким детям, у которых недостаточен эндогенный синтез;

• глютамин нужен для регенерационных процессов, важный энергетический субстрат в критических состояниях;

• таурин нужен новорожденным, у которых недостаточен эндогенный синтез, а также больным в критических состояниях.

  Дефицит таурина возникает при недостатке метионина и цистеина;

• тирозин необходим маленьким детям, у которых недостаточен эндогенный синтез. При нарушении функции почек снижено образование тирозина из фенилаланина;

• цистеин необходим маленьким детям, у которых недостаточен эндогенный синтез. Дефицит цистеина возникает при недостаточном содержании метионина в питании. Необходим при нарушениях функции печени, а также больным в критических состояниях.

Пептиды

Вернемся к продукту синтеза двух аминокислот — пептиду — и дадим ему определение.

Пептид — это продукт конденсации двух аминокислот или более, соединенных пептидной связью.

Пептид и белок — это одно и то же? Между ними действительно есть сходство, но есть и различия:

1. Основные различия — это структура и размер. Белки значительно больше пептидов. Пептиды состоят из 2–50 аминокислот, а белки — из более чем 50 аминокислот.

2. Пептиды менее строго определены в структуре, в то время как белки могут принимать сложные конформации.

3. Пептиды делятся на олигопептиды и полипептиды, а белок состоит из нескольких полипептидов.

Какие бывают белки

По строению

По строению белки делятся на простые (протеины) и сложные (протеиды):

• составными частями простых белков являются в большинстве 20 различных остатков α–аминокислот;

• сложные белки могут содержать ионы металлов или образовывать комплексные соединения с углеводами, липидами и др.

По форме молекулы

По форме молекулы белки подразделяются на глобулярные и фибриллярные:

• форма молекулы глобулярных белков — глобула (сфера или эллипс). Например, альбумин (яичный белок), казеин (молочный белок). Такие белки растворимы в воде;

• форма молекулы

  фибриллярных белков — фибрилла (нити или волокна). Например, кератин (волосы, ногти, перья), коллаген (мускулы, сухожилия). Эти белки в воде не растворяются.

По аминокислотному составу

Как мы уже знаем, существуют незаменимые аминокислоты. Так вот, исходя из их наличия, белки бывают либо полноценные, либо неполноценные:

• к полноценным относятся белки животного происхождения, также полноценные белки содержат некоторые растения: картофель, бобовые и другие;

• к неполноценным относятся желатин и белки преимущественно растительного происхождения.

По растворимости

Растворимость белков зависит от их структуры, величины рН, солевого состава раствора, температуры и определяется природой тех групп, которые находятся на поверхности белковой молекулы.

Так, существуют белки (глобулины), которые растворяются только в растворах солей и не растворяются в чистой воде, а противоположные им альбумины хорошо растворимы в чистой воде.

К нерастворимым белкам относятся кератин (волосы, ногти, перья), коллаген (сухожилия), фиброин (шелк, паутина).

Чтобы запомнить классификацию белков было проще, показали ее на картинке:

Структура белков

После того как мы рассмотрели все производные белков, пора переходить к структуре белков.

Как видно из рисунка, белки имеют 4 структуры: первичную, вторичную, третичную и четвертичную. Рассмотрим каждую чуть более подробно.

1. Первичная структура белка — это простейший вид белковой структуры. Представляет собой последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Последовательность аминокислот в белке определяется ДНК, а именно геном, кодирующим этот белок.

   Изменение всего лишь одной аминокислоты влечет за собой последствия: например, если вместо глутаминовой кислоты в молекуле гемоглобина находится валин, то у человека образуется серповидноклеточная анемия. При замене глутаминовой кислоты на валин клетки гемоглобина вытягиваются и принимают форму месяца или серпа.

2. Вторичная структура — пространственная структура, которая образуется в результате взаимодействия функциональных групп пептидного остова (полипептидная цепь без атомов R-групп). Самые распространенные формы вторичной структуры — это α-спираль и β-лист. Обе структуры удерживают форму благодаря водородным связям между кислородом карбонильной группы одной аминокислоты и водородом аминогруппы другой аминокислоты.

3. Третичная структура — это пространственное строение всей молекулы белка, состоящей из единственной цепи. Эта структура обусловлена взаимодействиями между R-группами аминокислот, которые входят в состав белка. Среди взаимодействий между R-группами, формирующими третичную структуру, встречаются водородные, ионные и диполь-дипольные связи, а также дисперсионные силы.

4. Четвертичная структура — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса.

Подробнее об основных функциях белков и их химических свойствах можно узнать из другой нашей статьи. А чтобы убедиться, что вы запомнили характеристику белков, их строение, структуру и функции, приходите на онлайн-курсы химии в школу Skysmart. Здесь вас ждут интересные факты из мира химии, интерактивные задания и опытные преподаватели, которые всегда помогут и поддержат.

Ксения Боброва

К предыдущей статье

Тепловой эффект

К следующей статье

Моносахариды

Получите план обучения, который поможет понять и полюбить химию

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Атомы и молекулы

Атомы — это маленькие частицы, из которых состоит вещество. Невозможно даже представить себе, насколько они малы. Если сложить в цепочку сто миллионов атомов, у нас получится ниточка длиной всего лишь в 1 см. В тонком листе бумаги, наверное, не меньше миллиона слоев атомов. Науке известно более ста видов атомов; соединяясь друг с другом, они образуют все окружающие нас вещества.

Представление об атомах

Мысль о том, что всё в природе состоит из атомов, возникла давно. Еще 2500 лет назад древнегреческие философы полага­ли, что вещество состоит из таких частиц, которые нельзя разделить. Само слово «атом» восходит к греческому слову «атомос», что значит «неделимый». В Древней Греции (см. статью «Загадочные жители Греции«) философы обсуждали гипотезу о том, что всё вещество в мире состоит из неделимых частиц. Правда, Аристотель в этом сомневался.

Термин «атом» был впервые использован английским химиком Джоном Даль­тоном (1766- 1844). В 1807 г. Дальтон выдвинул свою атомную теорию. Атомами он назвал составляющие всякое вещество малые частицы, которые не изменяются входе химических реакций. Согласно Дальтону, химическая реакция — это процесс, при котором атомы соединяются вместе или отделяются друг от друга. Атомная теория Дальтона лежит в основе представлений современных ученых.

В начале нашего столетия ученые начали строить модели атомов. Эрнест Резерфорд (1871 — 1937) показал, что  отрицательно заряженные электроны обращаются вокруг положительно заряженного ядра. Нильс Бор (1885 — 1962) утверждал, что электроны обращаются по определенным орбитам. В 1932 г. Джеймс Чедвик (1891 — 1974) установил, что ядро атома состоит из частиц, которые он назвал протонами и нейтронами.

Структура атома

Атомы состоят из еще меньших, чем они сами, частиц, называемых элементарными. Центром атома является его ядро. Оно состоит из элементарных частиц двух видов — протонов и нейтронов. Есть в атоме также другие элементарные    частицы — электроны; они вращаются вокруг ядра.  Существует множество разных элементарных частиц. Ученые считают, что протоны и нейтроны состоят из кварков. Элементарные частицы, входящие в состав атома, удерживают­ся вместе благодаря своим электрическим зарядам. Протоны заряжены  положительно,  а электроны — отрицательно. Нейтроны заряда не имеют, т.е. являются электрически нейтральными. Частицы, несущие противоположные электрические заряды, притягиваются друг к другу. Притяжение отрицательно заряженных электронов к положительно заряженным протонам, находящимся в атомном ядре, удерживает электроны на орбитах около этого ядра. В состав атома входит одинаковое число положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов, и атом электрически нейтрален.
Электроны в атоме находятся на разных энергетических уровнях, или оболочках. Каждая оболочка состоит из определенно­го числа электронов. Когда очередная оболочка заполняется, новые электроны попа­дают на следующую оболочку. Большую часть объема атома занимает пустое пространство между элементарными частицами. Отрицательно заряженные электроны удерживаются на своих энергетических уровнях силой притяжения к положительно заряженным протонам ядра.

Строение атома часто описывают строгой диаграммой, однако сегодня ученые полагают, что электроны существуют на своих орбитах в размытом состоянии. Это представление отражено на рисунке, где электронные орбиты представлены в виде «облаков». Так вы бы увидели молекулу под электронным микроскопом. Равными цветами показаны разные уровни плотности электронов. Бирюзовым цветом отмечена область наибольшей плотности.

Атомный номер и атомная масса

Атомный номер — это число протонов в атомном ядре. Как правило, в состав атома входит одинаковое число протонов и электронов, поэтому по атомному номеру можно судить и о том, сколько в атоме электронов. В разных атомах содержится разное количество протонов. В ядре атома фосфора 15 протонов и 16 нейтронов, значит, его атомный номер 15. В ядре атома золота 79 протонов и 118 нейтронов: следовательно, атомный номер золота 79.

Чем больше протонов и нейтронов имеет атом, тем больше его масса (величина, показывающая количество вещества в составе атома). Сумму числа протонов и числа ней­тронов мы называем атомной массой. Атомная масса фосфора — 31. При исчислении атомной массы электроны в расчет не принимаются, так как  их масса ничтожно мала по сравнению с массой атома. Существует особый прибор — масс-спектрометр. Он позволяет определить для каждого данного атома его массу.

Изотопы

У большинства элементов существуют изотопы, атомы которых имеют несколько отличное строение. Количество протонов и электронов в атомах изотопов одного элемента всегда неизменно. Атомы изотопов различаются числом нейтронов в ядре. Следовательно, у всех изотопов одного элемента один и тот же атомный номер, но разная атомная масса. На этом рисунке вы видите три изотопа углерода. У изотопа С¹² есть 6 нейтронов и 6 протонов. С¹³ имеет 7 нейтронов. В ядре изотопа С¹² восемь нейтронов и 6 протонов.

Физические свойства изотопов различны,  но они обладают одинаковыми химическими свойствами. Обычно большая часть атомов элемента (вещества, состоящего из атомов одного вида) принадлежит к одному изотопу, а другие изотопы встречаются в меньших количествах.

Молекулы

Атомы редко встречаются и свободном состоянии. Как правило, они связываются друг с другом и образуют молекулы либо другие, более массивные структуры. Молекула — это мельчайшая частица вещества, которая может существовать самостоятельно. Она состоит из атомов, удерживающихся вместе при помощи связей. Например, у молекулы воды два атома водорода связанны с атомом кислорода. Атомы удерживаются вместе благодаря электрическим зарядам частиц, из которых они состоят. Описывая строение молекул, ученые прибегают к помощи моделей. Как правило, они пользуются структурными и пространственными моделями. Структурные модели представляют связи, удерживающие атомы вместе, в виде палочек. В пространственных моделях атомы плотно соединены друг с другом. Конечно, модель не похожа на настоящую молекулу. Модели строятся для того, что­бы показать, из каких атомов та или иная молекула состоит.

Химические формулы

Химическая формула вещества показывает, сколько атомов каких элементов входит в состав одной молекулы. Каждый атом обозначается символом. Как правило, в качестве символа выбирается первая буква английского, латинского или арабского названия элемента. Например, молекула углекислою газа состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода, поэтому формула угле­кислого газа СО₂. Двойка Атомы обозначает число атомов кислорода в молекуле.

Этот опыт продемонстрирует вам, что молекулы вещества удерживают­ся вместе силами притяжения. На­полните стакан водой до краев. Осторожно опустите в стакан несколько монет. Вы увидите, что над краями стакана приподнялся водяной купол. Сила, притягивающая молекулы воды друг к другу, может удержать некоторое количество воды над краями стакана. Эта сила называется силой поверхностного натяжения.

Чудесная «молекула сообщения»

Эта статья из
Creation 17 (4):10–13, сентябрь 1995 г.

Просмотрите наш последний цифровой выпуск Подписаться

Фейсбук Твиттер Пинтерест Реддит LinkedIn Gmail Приложение электронной почты Распечатать

Примечание редактора: Поскольку журнал Creation непрерывно издается с 1978 года, мы публикуем некоторые статьи из архивов для исторического интереса, такие как эта. Для обучения и в целях обмена, читателям рекомендуется дополнять эти исторические статьи более современными статьями, доступными с помощью поиска на сайте creative.com.

Карла Виланда

Когда кто-то отправляет сообщение, передается что-то довольно увлекательное и загадочное вдоль. Скажем, Альфонс из Эльзаса хочет послать сообщение: «Нед, война над. Ал’. Он диктует его другу; сообщение началось как узоры воздуха сжатие (разговорные слова). Его друг записывает это чернилами на бумаге и отправляет по почте. другому, который помещает его в факсимильный аппарат. Машина передает сообщение в закодированная последовательность электрических импульсов, которые посылаются по телефонной линии и принимаются на отдаленном индийском аванпосте, где оно снова напечатано буквами. Здесь человек, который читает факс, разжигает костер и отправляет то же сообщение в виде шаблона дымовых сигналов. Старый Нед в Неваде, за много миль отсюда, смотрит вверх и получает точное сообщение это было предназначено для него. Ничего физического не было передано; ни одного атома или молекула любого вещества переместилась из Эльзаса в Неваду, но это очевидно что что-то проехал весь путь.

Это неуловимое нечто называется информация . это явно не материал вещь, так как это не было передано. Тем не менее, кажется, нужен вопрос, на котором «ехать» во время своего путешествия. Это правда, если сообщение на турецком, тамильском или тагальский. Материя, по которой распространяется информация, может измениться без информации. приходится менять. Молекулы воздуха сжимаются в звуковых волнах; чернила и бумага; электроны, путешествующие по телефонным проводам, семафорные сигналы — что угодно — все включают материальные среды, используемые для передачи информации, но среда не является информация.

Эта увлекательная вещь, называемая информацией, является ключом к пониманию того, что делает жизнь отличается от мертвой материи. Это ахиллесова пята всех материалистических объяснений. жизни, которые говорят, что жизнь есть не что иное, как материя, подчиняющаяся законам физики и химия. Жизнь — это больше, чем просто физика и химия; живые существа несут огромные объемы информации.

Кто-то может возразить, что лист бумаги с письменным сообщением — не что иное, как чем чернила и бумага, подчиняющиеся законам физики и химии. Но чернила и бумага без посторонней помощи сообщения не пишут — это делает разум. Алфавитные буквы в Scrabble® Набор не представляет собой информацию, пока кто-то не поставит их в специальную последовательность — ум необходимо для получения информации. Вы можете запрограммировать машину, чтобы устроить Scrabble® письма в сообщение, но надо было написать программу для машины.

Как переносится информация для жизни? Как сообщение, в котором излагается рецепт, который делает лягушку, а не дерево франжипани, отправленное из одного поколения к следующему? Как он хранится? На чем он «ездит»? Ответ чудесная «молекула сообщения», называемая ДНК. Эта молекула похожа на длинную веревку или нить. бусинок, которые плотно свернуты внутри центра каждой клетки вашего тела. Это молекула, несущая программы жизни, информацию, которая передается от каждого поколения к следующему. *

Некоторые люди думают, что ДНК живая — это неправильно. ДНК — мертвая молекула. Он не может копировать сам себя — вам нужен механизм живой клетки, чтобы делать копии. молекулы ДНК. Может показаться, что ДНК — это информация в твое тело. Это не так — ДНК является просто носителем сообщения, «посредником». на котором написано сообщение. Точно так же буквы Scrabble® не информации до тех пор, пока сообщение не будет «навязано» им «извне». Думать о ДНК как цепочка таких букв алфавита, связанных вместе, с большим разнообразием разными путями, как это может произойти. Если они не соединены в правильной последовательности, никакого полезного сообщения не получится, даже если это все еще ДНК.

Теперь, чтобы прочитать сообщение, вам нужен уже существующий языковой код или соглашение, как а также машины для его перевода. Весь этот механизм существует в клетке. Нравиться искусственных машин, оно не возникает само по себе из свойств сырья. Если вы просто соедините основные сырьевые ингредиенты для живой клетки, не информации ничего не будет. Машины и программы не исходят из законов физики и химии сами по себе. Почему? Поскольку они отражают информацию и никогда не наблюдалось, чтобы информация появлялась без посторонней помощи, из сырой материи и времени. и шанс. Информация — полная противоположность случайности: если вы хотите организовать буквы в последовательность для написания сообщения, должен быть установлен определенный порядок по вопросу.

Когда живые существа размножаются, они передают информацию от одного поколения к другому. следующий. Эта информация, путешествующая по ДНК от матери и отца, является «руководство по эксплуатации», которое позволяет механизму в оплодотворенной яйцеклетке конструировать, из сырья новый живой организм — фантастический подвиг. Это в новую комбинацию, так что дети не совсем похожи на своих родителей, хотя сама информация, которая выражается в облике этих детей, была там все время у обоих родителей. То есть колода была перетасована, но новых карт не было. добавлен.

Сколько места нужно ДНК для хранения информации? Технологические достижения человечества в хранении информации кажутся сенсационными. Представьте, сколько информации хранится, например, на видеокассете с фильмом — вы можете хранить все это в одном рука. Но по сравнению с этим подвиг миниатюризации информации, совершенный ДНК просто ошеломляет. При заданном объеме информации комната Для хранения информации на ДНК требуется примерно одна триллионная часть информации на видеопленке, т. е. он в миллион миллионов раз эффективнее хранит информацию. ¹

Сколько информации содержится в коде ДНК, который вас описывает? оценки широко варьироваться. Используя простые аналогии, основанные на пространстве для хранения в ДНК, они варьируются от 500 больших библиотечных книг мелкой информации до более 100 полных Комплекты энциклопедий из 30 томов. Если подумать, даже это, вероятно, не достаточно, чтобы описать сложную конструкцию даже человеческого мозга с его триллионами точных связей. Вероятно, существуют хранилища информации более высокого уровня и системы размножения в организме, о которых мы еще и не мечтали, — есть еще много удивительных тайн, ожидающих своего открытия о Творце». ручная работа.

Мало того, что способ кодирования ДНК очень эффективен — еще больше места спасает то, как он туго свернут. По словам эксперта-генетика Профессор Жером Лежен, всю информацию, необходимую для уточнения точный состав каждого уникального человека на Земле можно было бы хранить в объеме ДНК не больше пары таблеток аспирина! ² Если вы возьмете ДНК из одной-единственной клетки вашего тела (количество материи настолько маленькое, надо бы в микроскоп увидеть) и распутал, растянулся бы на два метров!

Это становится поистине сенсационным, если учесть, что существует от 75 до 100 трлн. клеток в организме. Если взять нижнюю цифру, то это означает, что если мы вытянем все ДНК в одном организме человека ³ и соединив его встык, он протянулся бы на расстояние 150 миллиардов километров (около 94 миллиарда миль). Как долго это? Он протянулся бы прямо вокруг экватора Земли. три с половиной миллиона раз! Это в тысячу раз дальше, чем от Земли к солнцу. Если бы вы посветили фонариком на такое расстояние, это заняло бы легкий, путешествуя со скоростью 300 000 километров (186 000 миль) каждую секунду, пять с половиной дней, чтобы добраться туда.

Но по-настоящему сенсационно то, как распространялась информация. ДНК всех живых существ прямо указывает на разумное, сверхъестественное творение, по простой научной логике следующим образом:

Наблюдения

1. Закодированная информация, используемая при построении живых существ, передается из ранее существовавших сообщений (программ), которые сами передаются из ранее существовавших Сообщения.

2. Во время этой передачи судьба информации следует диктату сообщения/информации. теории и здравого смысла. То есть она либо остается прежней, либо уменьшается (мутационная потери, генетический дрейф, вымирание видов), но редко, а может, и никогда, не наблюдается увеличиваться в любом информационно значимом смысле.

Вывод из наблюдения №2

3. Если бы мы оглянуться назад во времени по линии любого живого населения, т.е. люди (информация в их генетических программах), мы увидели бы общий образец постепенного увеличивайте дальше назад мы идем.

Аксиома

4. Никакая популяция не может быть бесконечно старой или содержать бесконечную информацию. Поэтому:

Вычет из пунктов 3 и 4

5. Должен был быть момент времени, когда первая программа возникла без предшествующей программа — т.е. у первого из этого типа не было родителей.

Дальнейшее наблюдение

6. Информация и сообщения возникают только в уме или в уже существующих сообщениях. Никогда, никогда не видно, чтобы они возникали из спонтанных, неуправляемых законов природы и естественных процессы.

Программы у этих первых представителей каждого типа организмов должны были возникнуть не в естественном законе, а в уме.

Это полностью согласуется с книгой Бытия, которая учит нас, что программы для каждая из первоначальных «добрых» популяций со всем их огромным вариационным потенциалом, возник из разума Бога в определенный момент времени особым сверхъестественным творением. Эти сообщения, написанные сложным закодированным языком, не могли быть написаны сами по себе. насколько реальная, наблюдательная наука может нам сказать.

Когда первые сообщения были написаны, они также содержали инструкции по созданию механизмов. с помощью которого можно передавать эти сообщения «вниз по линии». ДНК, это чудесное «послание молекула», несет это особое, нематериальное нечто, называемое информацией, вниз через многие поколения, от своего зарождения в разуме Бога.

Точно так же в нашем примере в начале Нед мог прочитать сообщение, которое было отправлено в уме Ала, даже не видя его.

Есть еще один набор посланий от Создателя Бытия, а именно Библия. В Послание к Римлянам, глава 1, читаем (ст. 18-20),

«Ибо открывается гнев Божий с неба на всякое нечестие и неправедность людей, утверждающих истину в неправде; Из-за этого то, что можно узнать о Боге, проявляется в них; ибо Бог явил это им. Ибо невидимое Его от сотворения мира ясно видно, будучи понятым вещами, которые сделаны, даже его вечная сила и Божество; так что они не имеют оправдания».

Эти стихи кажутся еще более уместными в наши дни, когда мы получили чтобы быть в состоянии расшифровать некоторые биологические языки, написанные на ДНК живыми Слово, Иисус Христос, Логос Творец, в течение тех шести дней творения. Большинство чудесное послание от Логоса, несомненно, Иоанна 3:16, «Ибо так возлюбил Бог мир, что отдал Сына Своего Единородного, дабы всякий верующий в Него не погибнет, но будет иметь жизнь вечную».

Ссылки и примечания

1. New Scientist , 26 ноября 1994 г., с. 17. Вернуться к тексту.
2. Jérôme Lejeune, Anthropotes (Revista di studi sulfa persona e la famiglia), Институт Джованни Паоло 11, Рим, 1989, стр. 269-270. Вернуться к тексту.
3. Помните, что каждая ячейка содержит общую информацию, т.е. есть несколько копий одного и того же чертежа, по одной в каждой ячейке. двухметровый расстояние достаточно, чтобы указать вас. Вернуться к тексту.

* На самом деле это как если бы были две «нитки бус», идущие параллельно — информация по одному от вашей матери, по другому от вашего отца. Теперь подумайте из этих двух параллельных нитей, разрезанных на 23 части, — это ваши хромосомы. Бусины подобны буквам алфавита, а особый порядок бусинок — это то, что дает информацию. Отдельные фрагменты (или «предложения») информации называются генами. Теоретически каждая ячейка содержит все информация, которая указывает на вас.

(Я в долгу перед Полом Маклафлином из Кентукки за вдохновение и информацию для этой статьи.)

Фейсбук Твиттер Пинтерест Реддит LinkedIn Gmail Приложение электронной почты Распечатать

Сообщение в молекуле — PubMed

. 2016 3 мая; 7:11374.

дои: 10.1038/ncomms11374.

Танмай Саркар ¹ , Карутапанди Сельвакумар ¹ , Лейла Мотей ¹ , Дэвид Маргулис ¹

принадлежность

• ¹ Кафедра органической химии, Научный институт Вейцмана, Реховот 7610001, Израиль.

• PMID: 27138465
• PMCID: PMC4857388
• DOI: 10. 1038/ncomms11374

Бесплатная статья ЧВК

Танмай Саркар и др. Нац коммун. 2016 .

Бесплатная статья ЧВК

. 2016 3 мая; 7:11374.

дои: 10.1038/ncomms11374.

Авторы

Танмай Саркар ¹ , Карутапанди Сельвакумар ¹ , Лейла Мотей ¹ , Дэвид Маргулис ¹

принадлежность

• ¹ Кафедра органической химии, Научный институт Вейцмана, Реховот 7610001, Израиль.

• PMID: 27138465
• PMCID: PMC4857388
• DOI: 10. 1038/ncomms11374

Абстрактный

С древних времен стеганография, искусство сокрытия информации, в значительной степени полагалась на секретные чернила как на инструмент для сокрытия сообщений. Однако по мере совершенствования методов обнаружения этих чернил использование простых и доступных химикатов в качестве средства защиты связи было практически прекращено. Здесь мы описываем метод, который позволяет скрыть несколько различных сообщений в спектрах излучения мономолекулярного флуоресцентного датчика. Подобно секретным чернилам, этот датчик обмена сообщениями молекулярного масштаба (m-SMS) может быть спрятан на обычной бумаге, а сообщения могут быть закодированы или расшифрованы в течение нескольких секунд с использованием обычных химических веществ, включая коммерческие ингредиенты, которые можно приобрести в продуктовых магазинах или аптеках. Однако, в отличие от невидимых чернил, раскрытие этих сообщений неавторизованным пользователем практически невозможно, поскольку они защищены тремя различными механизмами защиты: стеганографией, криптографией и вводом пароля, которые используются для сокрытия, шифрования или предотвращения доступа к информации. соответственно.

Цифры

Рисунок 1. m-SMS работает как универсальный…

Рисунок 1. m-SMS работает как универсальный датчик, который может различать множество различных аналитов.

Рисунок 1. m-SMS работает как универсальный датчик, который может различать несколько различных аналитов.

( a ) В состав m-SMS входят три флуорофора: сольватохромный нильский синий (A), рН-чувствительный флуоресцеин (B) и сульфородамин B (C), а также различные элементы распознавания, такие как дипиколиламин (D) , бороновая кислота (Е), тиомочевина (F) и сульфонамид (G). ( b ) Репрезентативные модели выбросов, генерируемые m-SMS в ответ на различные аналиты или условия. Эмиссия регистрировалась в разных растворителях (слева вверху) и при добавлении 2 мкл водного раствора ионов металлов* (справа вверху, 300 мМ) и сахаридов* (слева посередине, 13 мМ) или при изменении рН** (слева посередине). справа, 0,1–0,3 M NaOH), полярность*** (внизу слева, 3–9% H ₂ O) и при добавлении коммерческих продуктов* (внизу справа). Исходные условия: m-SMS в *EtOH-AcOH (10 мМ) и NaOH (11 мМ), **EtOH-AcOH (10 мМ) и ***ацетонитриле (ACN). Концентрация m-SMS составляла 500 нМ во всех растворах, за исключением измерений в ACN, где она составляла 5 мкМ. λ _ex = 480 нм. ( c ) Линейный дискриминационный анализ (LDA) 45 репрезентативных шаблонов, созданных различными аналитами в различных условиях. Исходные условия: м-СМС в EtOH-AcOH (10 мМ) и ⁱ 3, ⁱⁱ 6, ⁱⁱⁱ 8, ^iv 9 и ^v 11 мМ NaOH. ДМСО, диметилсульфоксид; дцДНК, двухцепочечная ДНК; оцДНК, одноцепочечная ДНК; ТГФ, тетрагидрофуран.

Рисунок 2. Криптографическая защита с помощью Enigma-подобного…

Рис. 2. Криптографическая защита с помощью устройства молекулярного шифрования, подобного Enigma.

( a ) Отправитель…

Рисунок 2. Криптографическая защита с помощью устройства молекулярного шифрования, подобного Enigma.

( a ) Отправитель преобразует свое сообщение в числа, используя общедоступный буквенно-цифровой код. ( b ) Затем он растворяет m-SMS в выбранном растворе, проверяет исходную интенсивность излучения (черная линия) и записывает характер излучения, генерируемый после добавления случайного химического вещества (зеленая линия). Результирующие значения интенсивности, записанные через каждые 20 нм (обозначенные зелеными буквами), обеспечивают уникальный ключ шифрования. ( c ) Затем отправитель шифрует сообщение, добавляя ключ шифрования к исходному сообщению, и отправляет зашифрованное сообщение (зашифрованный текст) получателю. ( d ) Получатель, обладающий идентичным шифровальным устройством m-SMS, повторяет эту процедуру, устанавливая правильное начальное состояние системы (например, растворитель, концентрацию сенсора и коэффициент усиления детектора) и добавляя то же самое химическое вещество x. ( e ) Затем исходное сообщение раскрывается путем вычитания результирующих значений (зеленая линия) из зашифрованного текста. Условия: 500 нМ m-SMS в EtOH, химический x=NaHCO ₃ (2 мкл, 1 M), λ _ex =480 нм. Следующие иллюстрации были использованы по лицензии Shutterstock.com: клавиатура (автор: Alhovik), пипетка (автор: extension_01) и персонаж-мужчина (автор: Leremy).

Рисунок 3. Последовательное шифрование более длинных сообщений…

Рисунок 3. Шифрование более длинных сообщений путем последовательного добавления химических входов.

( a ) Шифрование…

Рисунок 3. Шифрование более длинных сообщений путем последовательного добавления химических входов.

( a ) Шифрование сообщения путем записи спектров излучения, генерируемых после добавления NaOH (2 мкл, 0,2 мМ, красные буквы), а затем после добавления CuCl ₂ (2 мкл, 0,3 мМ, синие буквы) до 500 нМ SMS в EtOH-AcOH (10  мМ). ( b ) Шифрование того же сообщения путем записи спектров излучения после добавления NaOH (2 мкл, 0,35  M, красные буквы) и затем глазных капель GenTeal (2 мкл, синие буквы) к 500 нМ SMS в EtOH-AcOH (10 мМ) . ( c ) Шифрование того же сообщения с использованием одного широкого спектра излучения, полученного после добавления NaOH (0,5 мкл, 0,35 мМ) и CuCl ₂ (1 мкл, 0,3 мМ) к 5 мкМ SMS в ацетонитриле. Эти эксперименты ( a – c ) также демонстрируют, как одно и то же сообщение может быть по-разному зашифровано путем изменения химических входов ( a против b ) или путем изменения начального состояния системы ( a против ). с ). ( d ) Репрезентативные сообщения, которые были успешно расшифрованы неподготовленными, случайно выбранными пользователями. Исходные условия: m-SMS (500 нМ) в *EtOH, **EtOH-AcOH (10 мМ) и NaOH (6 мМ) и ***EtOH-AcOH (10 мМ) и NaOH (10 мМ).

Рисунок 4. Защита от взлома P путем генерации…

Рисунок 4. Защита паролем P путем создания ключей шифрования, зависящих от последовательности.

При правильном выборе химических материалов m-SMS…

Рис. 4. Защита паролем P путем создания ключей шифрования, зависящих от последовательности.

При правильном выборе химических входов m-SMS может работать как молекулярный замок, который генерирует правильные ключи шифрования/дешифрования (паттерны излучения) только тогда, когда химические входы вводятся в правильном порядке. ( a ) Различные ключи шифрования, сгенерированные путем введения четырех возможных комбинаций двузначных химических «паролей», состоящих из ZnCl ₂ ( 1 ) и Na ₃ PO ₄ ( 2 ) ) в качестве входных данных сигналы. ( b ) Отображение LDA ключей шифрования, сгенерированных в ответ на 27 возможных комбинаций трехзначных химических паролей, где ZnCl ₂ ( 1 ), Na ₃ PO ₄ ( 2 ) и NaOH ( 3 ) служат входными сигналами. Кластеры, соответствующие девяти уникальным ключам шифрования, обозначены кружками. Условия: каждая цифра соответствует добавлению 2 мкл 1 (0,08 М), 2 (0,08 М) или 3 (0,1 М) к 60 мкл m-SMS (500 нМ) в EtOH. ( c ) Текст, полученный путем расшифровки зашифрованного текста с помощью правильного пароля (331) и остальных восьми уникальных комбинаций.

Рисунок 5. Стеганографическая защита путем сокрытия m-SMS…

Рисунок 5. Стеганографическая защита путем сокрытия m-SMS на обычной бумаге для писем.

( и ) 1.1…

Рисунок 5. Стеганографическая защита путем сокрытия m-SMS на обычной почтовой бумаге.

( a ) 1,1 мкл m-SMS (440 мкМ) было спрятано в случайном месте внутри логотипа Института Вейцмана, и письмо было отправлено получателю обычной почтой. Обратите внимание, что текст в этом письме не содержит никакой ценной информации. ( b ) Реципиент, получивший шифротекст и знающий начальные условия, извлекает m-SMS из бумаги путем инкубации логотипа в 1 мл EtOH-AcOH (10 мМ). ( c ) Чтобы раскрыть сообщение, приемник регулирует правильную концентрацию m-SMS, калибруя его начальную интенсивность излучения (вверху), и генерирует ключ дешифрования, записывая схему излучения после добавления каждого химического входа (входы 1–3). ). ( d ) Полученный текст представляет собой сообщение, зашифрованное машиной Enigma. Цвета букв соответствуют соответствующим ключам дешифрования, показанным в c . Условия: 1 мкл ( 1 ) NiCl ₂ (0,15 M), ( 2 ) KOH (2,5 M) и ( 3 ) Na ₄ ЭДТА (0,27 M) последовательно добавляли к 60 мкл раствора m-SMS (500 nM) в EtOH. -AcOH (10 мМ). Изображение рукописного текста (кредит: амилослава) взято с разрешения Shutterstock.com.

Рисунок 6. Универсальность технологии m-SMS.

Рисунок 6. Универсальность технологии m-SMS.

Секретная связь была достигнута с помощью ( a…

Рисунок 6. Универсальность технологии m-SMS.

Секретная связь была достигнута с использованием ( a ) ручного спектрометра и ( b ) второго устройства молекулярного шифрования (m-SMS ₂ ), объединяющего кумарин (A), флуоресцеин (B) и циклен. лиганд (С). ( c ) Шаблоны шифрования, генерируемые m-SMS (синие линии) или m-SMS ₂ (черные линии) в тех же условиях. Эмиссия каждого сенсора (250 нМ) регистрировалась в растворе EtOH, содержащем NaOAc (1 мМ) и ZnCl ₂ (1,3 мМ; пунктирная линия), и после добавления АсОН (16 мМ; сплошная линия). m-SMS и m-SMS ₂ возбуждали при 480 и 420 нм соответственно.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

Похожие статьи

• «Искать и прятать: состязательная стеганография с помощью глубокого обучения с подкреплением».

  Пан В, Инь И, Ван Х, Цзин И, Сун М. Пан В. и др. IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell. 2022 ноябрь;44(11):7871-7884. doi: 10.1109/ТПАМИ.2021.3114555. Epub 2022 4 октября. IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell. 2022. PMID: 34550880

• Современное сокрытие текста, стегоанализ текста и приложения: сравнительный анализ.

  Талеби Ахвануи М., Ли К., Хоу Дж., Раджпут А.Р., Чен Ю. Taleby Ahvanooey M, et al. Энтропия (Базель). 20191 апреля; 21(4):355. дои: 10.3390/e21040355. Энтропия (Базель). 2019. PMID: 33267069 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Новый метод стеганографии для бинарных и цветных полутоновых изображений.

  Чифтчи Э., Шумер Э. Чифтчи Э. и соавт. Компьютерные науки PeerJ. 2022, 16 августа; 8:e1062. doi: 10.7717/peerj-cs.1062. Электронная коллекция 2022. Компьютерные науки PeerJ. 2022. PMID: 36091978 Бесплатная статья ЧВК.

• Сокрытие информации на основе дополненной реальности.

  Li CL, Sun XM, Li YQ. Ли С.Л. и соавт. Math Biosci Eng. 2019 28 мая; 16 (5): 4777-4787. doi: 10.3934/mbe.2019240. Math Biosci Eng. 2019. PMID: 31499689

• Авторизация пользователя на молекулярном уровне.

  Лустгартен О., Мотей Л., Маргулис Д. Люстгартен О. и др. Химфиз. 2017 5 июля; 18 (13): 1678-1687. doi: 10.1002/cphc.201700506. Epub 2017 26 июня. Химфиз. 2017. PMID: 28570017 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Многоцветная и ратиометрическая флуоресцентная сенсорная платформа для ионов металлов на основе контакта арен-металл-ион.

  Канегае А., Таката Ю., Такашима И., Учиномия С., Кавагоэ Р., Усуи К., Ямасита А., Вонгконгкатеп Дж., Сугимото М., Оджида А. Канегае А. и др. коммун. хим. 2021 6 июля; 4 (1): 104. doi: 10.1038/s42004-021-00541-y. коммун. хим. 2021. PMID: 36697807 Бесплатная статья ЧВК.

• Комбинированные экспериментальные и теоретические исследования флуоресцентного поведения люминофора в твердом состоянии, вызванного трением.

  Мондал А., Мукхопадхьяй С., Банерджи С., Ахмед Э., Хансда С., Чаттопадхьяй П. Мондал А. и др. АСУ Омега. 2022 г., 20 декабря; 8 (1): 373–379. doi: 10.1021/acsomega.2c04803. Электронная коллекция 2023 10 января. АСУ Омега. 2022. PMID: 36643439 Бесплатная статья ЧВК.

• Использование молекулярной изомеризации в полимерных гелях для последовательного логического шифрования и защиты от подделок.

  Донг И, Линг И, Ван Д, Лю И, Чен С, Чжэн С, У С, Шен Дж, Фэн С, Чжан Дж, Хуан В. Донг И и др. Научная реклама 2022 ноябрь 4;8(44):eadd1980. doi: 10.1126/sciadv.add1980. Epub 2022 2 ноября. Научная реклама 2022. PMID: 36322650 Бесплатная статья ЧВК.

• Множественные массивы молекулярных логических вентилей в одной системе комплексов (2-(2′-пиридил)имидазол)Ru(ii) и тримерных циклофанов в воде.

  Яо С.И., Лин Х.И., Моргенфурт П., Киз Т.Е., де Сильва А.П. Яо С.И. и соавт. хим. наук. 2022 26 августа; 13 (36): 10856-10867. дои: 10.1039/d2sc03617g. Электронная коллекция 2022 21 сентября. хим. наук. 2022. PMID: 36320709 Бесплатная статья ЧВК.

• Динамические фотонные перовскитные светоизлучающие диоды с усиленной кристаллизацией после обработки в виде записываемых и стираемых надписей.

  Bi S, Zhao W, Sun Y, Jiang C, Liu Y, He Z, Li Q, Song J. Би С и др. Наномасштаб Adv. 2021 15 сентября; 3 (23): 6659-6668. doi: 10.1039/d1na00465d. Электронная коллекция 2021 24 ноября. Наномасштаб Adv. 2021. PMID: 36132659 Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Рекомендации

1. 1. Макракис К. Заключенные, любовники и шпионы: история невидимых чернил от Геродота до Аль-Каиды Йельского университета. (2015).
2. 1. Джамиль Т. Стеганография: искусство сокрытия информации на виду. Возможности IEEE 18, 10–12 (1999).
3. 1. Макракис К., Белл Э.К.