Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии

ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ
БИОХИМИИ 
И МОЛЕКУЛЯРНОЙ
БИОЛОГИИ

Principles and Techniques of
BIOCHEMISTRY AND
MOLECULAR BIOLOGY

Edited by Keith Wilson and John Walker

Sixth edition

М Е Т О Д Ы
В
Б И О Л О Г И И
М Е Т О Д Ы  В  Б И О Л О Г И И

ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ
БИОХИМИИ 
И МОЛЕКУЛЯРНОЙ
 
БИОЛОГИИ

Редакторы К. Уилсон и Дж. Уолкер

3-е издание, электронное

Перевод с английского
канд. хим. наук Т. П. Мосоловой
и канд. биол. наук Е. Ю. Бозелек-Решетняк

под редакцией
профессора, доктора хим. наук А. В. Левашова
 
и профессора, доктора хим. наук В. И. Тишкова

Москва
Лаборатория знаний
2020

УДК 577(035.3)
ББК 28.070/28.072я73
П76

С е р и я о с н о в а н а в 2010 г.

П76
Принципы и методы биохимии и молекулярной биологии / ред. К. Уилсон и Дж. Уолкер ; пер. с англ. —
3-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2020. —
855 с. — (Методы в биологии). — Систем. требования: Adobe
Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-00101-786-8

В учебном издании, написанном авторами из Великобритании, изложены основы теоретических концепций биохимии
и молекулярной биологии в приложении к современным методам
исследований,
среди
которых
культивирование
клеток,
микроскопия, центрифугирование, иммунохимический
анализ,
методы биоинформатики и генной инженерии, методы выделения и очистки белков, хроматография, масс-спектрометрия,
электрофорез,
оптические
методы
и
радиоизотопный
анализ.
Перевод 2-го издания был существенно доработан. Обновлены
ссылки на электронные ресурсы.
Для студентов вузов, преподавателей и аспирантов медикобиологического профиля, а также специалистов: биохимиков,
молекулярных
биологов, химиков, биофизиков, фармакологов
и медиков, работающих в области фундаментальных исследований.
УДК 577(035.3)
ББК 28.070/28.072я73

Деривативное издание на основе печатного аналога: Принципы
и
методы
биохимии
и
молекулярной
биологии
/
ред.
К. Уилсон и Дж. Уолкер ; пер. с англ. — 2-е изд. — М. : Лаборатория знаний, 2015. — 848 с. : ил., [4] с. цв. вкл. — (Методы
в биологии). — ISBN 978-5-9963-1895-7.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-786-8

Originally published in the English language by
Cambridge University Press under the title
“Principles and Techniques of Biochemistry and
Molecular Biology”, Sixth edition.

c○ Copyright Cambridge University Press, 2005
c○ Перевод на русский язык, оформление.
Лаборатория знаний, 2015

4

Предисловие редакторов перевода

Если обратиться к истории развития наук о «живой материи» (к этим наукам относится и биохимия), очевидно, что выдающиеся открытия в этой 
области были сделаны только при переходе научных исследований на качественно новый уровень. Так, создание технологий рекомбинантных ДНК 
стало возможным после открытия эндонуклеаз рестрикции II типа, распознающих определенные специфические последовательности ДНК. После 
химического синтеза ДНК и РНК были разработаны различные методы 
анализа с ДНК- и РНК-зондами, нашедшие широкое применение в фундаментальных исследованиях, а также в медицине и криминалистике (например, ДНК-фингерпринтинг). Химический синтез целых генов позволяет не 
только избежать сложной процедуры клонирования, но и оптимизировать 
последовательности эукариотических генов для их экспрессии в бактериях. 
Накопление результатов химического и ферментативного секвенирования 
ДНК стало одной из предпосылок появления новой науки биоинформатики. В международных банках данных GeneBank и EMBL число белковых 
последовательностей, полученных путем трансляции ДНК, в десятки тысяч 
раз превосходит число аминокислотных последовательностей, полученных 
путем пептидного секвенирования. Без этого было бы просто невозможно 
определение нуклеотидных последовательностей геномов целых организмов, включая геном человека.
Совершенствование методов секвенирования ДНК позволило снизить себестоимость генетического анализа в десятки тысяч раз. Например, бюджет 
проекта «Геном человека» вначале оценивался примерно в 10 млрд долл. 
США (в конечном итоге затраты на выполнение проекта составили менее 
3 млрд долл.). Секвенирование генома одного из открывателей двухцепочечной структуры ДНК Джеймса Уотсона стоило уже менее 1 млн долл., а 
в феврале 2009 г. на ежегодной конференции Advances in Genome Biology 
and Technology было объявлено, что секвенирование генома любого человека 
обойдется в 5000 долл. и может быть осуществлено всего за три минуты!
Среди наиболее революционных и практически важных методов анализа 
ДНК особо следует упомянуть полимеразную цепную реакцию (ПЦР)*. Сейчас 
без этого метода просто невозможно представить современную фундаментальную науку и такие области ее применения, как биотехнология и медицина.

* ПЦР в реальном времени/под ред. д.б.н. Д.В. Ребрикова. — 2-е изд., испр. — М.: 
БИНОМ, 2009. — 221 с.

Различные методы определения структуры биологических молекул (рентгеноструктурный анализ, ЯМР-спектроскопия, масс-спектрометрия и т. д.) 
позволяют получать информацию о механизмах многих процессов (среди 
них — ферментативный катализ, взаимодействие антиген–антитело, рецепторное распознавание и т. д.). Насколько важное значение имеют все 
эти методы для развития современной науки, можно понять на основании 
того факта, что за их разработку были присуждены Нобелевские премии.
Эта книга (заметим, что вниманию читателей представляется перевод 
уже шестого (!) издания) во многом отличается от «классических» учебников биохимии и молекулярной биологии. Здесь читатель найдет не изложение известных фактов и теоретических концепций, а описание «маршрутов» получения новых знаний с помощью различных новейших методов и 
концепций. Уклон в «практическую» биохимию был сделан, поскольку, как 
отмечается в предисловии авторов, необходимость в таком учебнике была 
связана с многочисленными просьбами студентов, прежде всего в Великобритании, а также в других странах.
Учебник имеет очень большой объем и состоит из 16 глав. Главы написаны специалистами в конкретных областях науки. Чтобы понять широту и 
полноту охвата темы, достаточно изучить оглавление. В книге отражены как 
общие приемы работы в биохимической лаборатории и особенности работы 
с культурами клеток, так и многие аналитические методы — от общих (центрифугирование, микроскопия, электрофорез, методы выделения и очистки 
ДНК и белка, хроматография) до достаточно специфических (таких, как иммунохимический и радиоизотопный методы). Отдельные главы посвящены 
современным методам молекулярной биологии, биоинформатики, принципам работы с рекомбинантной ДНК, а также основам генетического анализа. 
Подробно изложены основы спектрального анализа и масс-спектрометрии. 
Важное место отведено методам разделения и очистки клеточных компонентов и особенно методам выделения нуклеиновых кислот и белков (ферментов). Рассмотрены основные закономерности ферментативного катализа и 
взаимодействия рецепторов с лигандами. Можно смело сказать, что авторы 
сделали попытку «объять необъятное» — ведь здесь изложены основы почти 
всех современных физико-химических методов исследования, применяемых 
при изучении живых организмов.
Мы хорошо знаем, что аналогов такой книги в отечественной литературе 
просто нет. По близкой тематике имеется всего одна-единственная книга — 
Глик Б., Пастернак Дж. «Молекулярная биотехнология. Принципы и применение» (Пер. с англ. — М: Мир, 2002 г.). Учитывая темпы развития современной 
науки, издание нового учебника в этой области совершенно необходимо.
Эта книга адресована широкой аудитории студентов, аспирантов и специалистов различного профиля, в первую очередь биологам, химикам, биохимикам 
и биофизикам, фармакологам, а также медикам. Для многих специалистов она, 
возможно, станет отличным справочником в области практической биохимии и 
молекулярной биологии и даже по-настоящему настольной книгой.

А. В. Левашов,
В. И. Тишков

Предисловие редакторов перевода

Предисловие редакторов
шестого издания

В предисловиях к предыдущим изданиям авторы сформулировали свою 
задачу как создание учебного пособия для студентов, где будут изложены 
теоретические основы и практические детали, необходимые для понимания биохимии.
За 30 лет, которые прошли с момента публикации первого издания этой 
книги в 1975 г., в нашем понимании биохимических процессов в живых 
клетках произошли очень важные и значительные изменения. За это время был завершен проект «Геном человека», выделились новые научные 
области — биоинформатика и протеомика. Многие наши знания обязаны 
успехам молекулярной биологии, поэтому авторы решили расширить название (и содержание) книги, включив молекулярную биологию, что, безусловно, полностью отвечает первоначальной авторской идее.
Авторы старались пойти навстречу многочисленным пожеланиям,
поступавшим из университетов Великобритании и из-за океана, где данная книга на протяжении многих лет используется студентами в качестве 
учебного пособия. В связи с этим книга была дополнена двумя новыми главами по клеточным культурам и по микроскопии. Кроме того, показалось 
полезным добавить разделы, посвященные принципам и практическим 
аспектам клинической биохимии, включая диагностическую энзимологию 
и статистические методы оценки биохимических данных, а также изложить подход для оценки качества экспериментальных данных, принятый 
в Великобритании (UK NEQAS).
Первоначальная идея — отразить лишь те экспериментальные методы, 
с которыми студенты знакомятся на практических занятиях в лаборатории, была пересмотрена и расширена. В настоящем издании обсуждаются 
все методы, которые сегодня помогают разобраться в различных аспектах 
функционирования клетки. Вот два примера реализации нового авторского подхода. Во-первых, в главе, посвященной методам масс-спектрометрии, 
уделено особое внимание применению этих методов для изучения белков 
и для решения задач протеомики. Во-вторых, в главе, посвященной мембранным рецепторам, детально рассмотрен аналитический метод спектроскопия плазмонного резонанса, который играет весьма важную роль при 
изучении функций рецепторов и механизмов передачи сигнала в клетке. 
Кроме того, все главы книги были переработаны с учетом последних на

учных достижений и снабжены примерами, которые помогут студентам 
лучше разобраться в изложении теоретических основ и особенностей применения соответствующих методов.
Нам приятно представить читателю пять новых авторов: Элестер Эйткен (соавтор гл. 1 «Теоретические основы биохимического анализа»), Энвар Бейдоун (гл. 2 «Методы культивирования клеток»), Джон Файфф
(соавтор гл. 1), Кэй Олендик (гл. 3 «Центрифугирование») и Стефен Пэддок
(гл. 4 «Микроскопия»). Мы хотим выразить искреннюю благодарность всему авторскому коллективу за вклад в создание этого издания. С прискорбием вынуждены сообщить о безвременной кончине Дерека Гордона, автора 
двух глав по спектральным методам. Дерек был воодушевленным, преданным своему делу и очень уважаемым преподавателем биохимии, который 
всегда стремился объяснить студентам химические основы любого аналитического метода, который используется в биохимических исследованиях.
Авторы по-прежнему будут благодарны за все конструктивные замечания как со стороны студентов, которые обучаются по этому пособию, так и 
со стороны преподавателей, которые используют книгу в учебном процессе. 
Наконец, мы выражаем благодарность тем авторам и издателям, которые 
позволили воспроизвести в книге рисунки и фотографии. Особую благодарность мы выражаем Катрине Холлидей и ее коллегам в издательстве 
Cambridge University Press, оказавшим нам неоценимую поддержку при 
подготовке настоящего издания.

Джон Уолкер и Кейт Уилсон
Ноябрь 2004

Предисловие редакторов шестого издания

Авторы

Э. Эйткен (Professor A. Aitken, Division of Biomedical & Clinical 
Laboratory Sciences, University of Edinburgh, George Square, 
Edinburgh EH8 9XD, Scotland, UK)

А.Р. Бейдоун (Dr A.R. Baydoun, School of Life Sciences, University 
of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Herts AL10 9AB, UK)

Дж. Файфф (Dr J. Fyffe, Consultant Clinical Biochemist, Department of Clinical Biochemistry, Royal Hospital for Sick Children, 
Yorkhill, Glasgow G3 8SF, Scotland, UK)

Д. Гордон (Professor D.B. Gordon (Deceased), Formerly, Department of Biological Sciences, Metropolitan University of Manchester, Chester Street, Manchester M15 6BH, UK)

К. Олендик (Professor K. Ohlendieck, Department of Biology,
National University of Ireland, Maynooth, Co. Kildare, Ireland)

С. Пэддок (Dr S.W. Paddock, Howard Hughes Medical Institute, 
Department of Molecular Biology, University of Wisconsin, 1525 
Linden Drive, Madison, WI 53706, USA)

Р. Рейплэй (Dr R. Rapley, School of Life Sciences, University of 
Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Herts AL10 9AB, UK)

Р. Слейтер (Professor R.J. Slater, School of Life Sciences, University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Herts AL10 9AB, UK)

Р. Торп (Professor R. Thorpe, National Institute for Biological 
Standards and Control, Blanche Lane, South Mimms, Potters 
Bar, Herts EN6 3QG, UK)

С. Торп (Dr S. Thorpe, National Institute for Biological Standards 
and Control, Blanche Lane, South Mimms, Potters Bar, Herts 
EN6 3QG, UK)

Дж. Уолкер (Professor J.M. Walker, School of Life Sciences, University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Herts AL10 9AB, 
UK)

К. Уилсон (Professor K. Wilson, Emeritus Professor of Pharmacological Biochemistry, School of Life Sciences, University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Herts AL10 9AB, UK)

Авторы
10