Биохимия

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Волгоградский государственный аграрный университет»

В. Е. Древин 

Л. А. Минченко

БИОХИМИЯ

Лабораторный практикум 

для обучающихся по направлениям подготовки:
«Продукты питания животного происхождения»,

«Продукты питания из растительного сырья»

Волгоград

Волгоградский ГАУ

2019

УДК 577
ББК 28.072
Д-73

Рецензенты:

доктор химических наук, профессор кафедры «Органическая химия»
Волгоградского государственного технического университета Чапуркин В.В.; кандидат ветеринарных наук, доцент кафедры «Ветеринарно-санитарная экспертиза, заразные болезни и морфология» Волгоградского государственного аграрного университета С. А. Акимова

Древин, Валерий Евгеньевич 

Д – 73
Биохимия: лабораторный практикум для обучающихся по 

направлениям подготовки: «Продукты питания животного происхождения», «Продукты питания из растительного сырья»/ В. Е. Древин, Л. 
А. Минченко. – Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2019. –
124 с.

Содержит теоретический материал по биохимии и обмену ве
ществ, приведены указания для выполнения лабораторного практикума по биологической химии, тесты с ответами для самостоятельной 
проверки знаний и задания для выполнения контрольной работы. 

Предназначен для изучения обучающимися очной и заочной 

формы обучения направления подготовки «Продукты питания животного происхождения».

УДК 577

ББК 28.072

© ФГБОУ ВО Волгоградский государст
венный аграрный университет, 2019 

© Древин В. Е., Минченко Л. А., 2019 

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая химия (биохимия) – наука, изучающая химиче
скую природу веществ, входящих в состав живого организма, совокупность химических превращений, взаимосвязь процессов жизнедеятельности на уровне клетки, органов, тканей и целого организма.

Задачей биохимии является изучение строения вещества и 

свойств биогенных молекул, их превращений в различных метаболических процессах, протекающих в клетках живых организмов, а также 
проявляемых ими при этом функций.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

БЕЛКИ

ЛИПИДЫ

УГЛЕВОДЫ

ВЕЩЕСТВА

ОРГАНИЧЕСКИЕ

ВОДА

МИНЕРАЛЬНЫЕ

ВЕЩЕСТВА

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

БЕЛКИ

ЛИПИДЫ

УГЛЕВОДЫ

ВЕЩЕСТВА

ОРГАНИЧЕСКИЕ

ВОДА

МИНЕРАЛЬНЫЕ

ВЕЩЕСТВА

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

БЕЛКИ

ЛИПИДЫ

УГЛЕВОДЫ

ВЕЩЕСТВА

ОРГАНИЧЕСКИЕ

ВОДА

МИНЕРАЛЬНЫЕ

ВЕЩЕСТВА

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ

Рисунок 1 – Основные вещества живых организмов

Основой проявления всех жизненных свойств организмов явля
ется совокупность химических реакций, протекающих на клеточном и 
организменном уровнях. Из этого следует, что биохимия представляет 
раздел всех биологических наук.

Биохимия является дисциплиной, полученные знания по кото
рой необходимы студенту, готовящемуся стать технологом по производству продуктов питания животного происхождения. В этом случае 
биохимия позволяет усвоить знания о пищевой ценности продуктов 
питания животного происхождения и иметь точное представление о 
технологических возможностях производства конечной продукции.  
Технологу данного направления. необходимо знать о реакциях свободно – радикального окисления, витаминов, белков, жиров.

В данном пособии приведена информация о строении и свой
ствах важнейших биомолекул, а также представлены сведения о процессах происходящих при хранении и переработке сырья животного 
происхождения.

ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ

1 БЕЛКОВЫЕ ВЕЩЕСТВА 

Белки (протеины) составляют основную часть органического 

материала тела животного. Таким образом, белки (белковые вещества) составляют основу и структуры, и функции живых организмов. 
По образному выражению одного из основоположников молекулярной биологии Ф. Крика, белки важны прежде всего потому, что они 
могут выполнять самые разнообразные функции, причем с необыкновенной легкостью и изяществом. Подсчитано, что в природе примерно 1010-1012 различных белков, обеспечивающих существование 
около 106 видов живых организмов различной сложности организации, начиная от вирусов и заканчивая человеком. Каждый организм 
характеризуется уникальным набором белков. Фенотипические признаки и многообразие функций обусловлены специфичностью объединения этих белков.

Таблица 1 – Содержание белков в тканях животных 

(в % от сухой ткани)

Биологический 

объект

Содержание 

белков

Биологический 

объект

Содержание 

белков

1
2
3
4

Кожа
63
Печень
57

Кости
28
Почки
72

Мышцы
80
Жировая ткань
14

Мозг и нервы
45
Всё тело
45

По химической природе белки представляют собой биополиме
ры, состоящие из аминокислот, связанных друг с другом с помощью 
пептидной связи –CО–NH–.

1.1 АМИНОКИСЛОТЫ И ПЕПТИДЫ

Кислотно-основные свойства аминокислот определяют многие

физико-химические и биологические свойства белков. На этих свойствах основаны, кроме того, почти все методы выделения и идентификации аминокислот. Аминокислоты легко растворимы в воде. Они кристаллизуются из нейтральных водных растворов в форме биполярных 
(амфотерных) ионов (цвиттер-ионов), а не в виде недиссоциированных 
молекул (последнюю структуру приводят для удобства представления, 
однако все аминокислоты при физиологических значениях рН имеют 
структуру цвиттер-иона). В целом, классификация и свойства аминокислот подробно рассмотрены в курсе органической химии.

Аминокислотный состав (качественный и количественный) мно
гих тысяч белков, полученных из разных источников, выяснен подробно. При анализе этих данных заметен ряд закономерностей. На 
долю дикарбоновых аминокислот и их амидов в большинстве белков 
приходится до 25-27 % всех аминокислот. Эти же аминокислоты вместе с лейцином и лизином составляют около 50 % всех аминокислот. 
В то же время на долю таких аминокислот, как цистеин, метионин, 
триптофан, гистидин, приходится не более 1,5-3,5 %. В протаминах и 
гистонах отмечено высокое содержание основных аминокислот аргинина и лизина, соответственно 26,4 и 85,2 %.

Таблица 2 – Аминокислотный состав некоторых пищевых белков

Аминокислота
Содержание в белках в г на 100 г

Коллаген
Зеин
БСА*
ФАО

1
2
3
4
5

Валин
3,0
4,0
6,0
5,0

Лейцин
3,5
21,1
12,3
7,0

Изолейцин
2,0
5,0
2,6
4,0

Пролин
15,0
10,5
4,7

Фенилаланин + тирозин
2,5
12,5
11,7
6,0

Триптофан
0,01
0,2
0,7
1,0

Треонин
2,5
3,5
5,8
4,0

Метионин + цистин
0,9
6,8
6,3
3,5

Аргинин
9,0
1,7
5,9

Лизин
5,5
0
12,8
5,5

*БСА – бычий сывороточный альбумин.

Сравнение аминокислотного состава отдельных белков с содер
жанием аминокислот в стандартном белке ФАО показывает явную 
неполноценность белка кукурузы зеина по лизину, триптофану, отчасти валину и треонину. Недостаточен по метионину и триптофану белок соединительной ткани коллаген. С другой стороны, альбумин сыворотки крови быка может рассматриваться как хороший полноценный пищевой белок, хотя в нём есть недостаток изолейцина и триптофана. В конечном счёте хороший пищевой белок должен отвечать 
двум требованиям: легко гидролизоваться пищеварительными ферментами и иметь аминокислотный состав, приближенный к составу 
стандартного белка ФАО. 

Короткие пептиды, содержащие до 10 аминокислот, также спо
собны выполнять в организме важные функции. Природные пептиды, 
наделенные биологической активностью, в зависимости от характера 
действия и происхождения принято делить на 4 группы: 

1) пептиды, обладающие гормональной активностью (вазо
прессин, окситоцин, кортикотропин, глюкагон, кальцитонин и др.); 

2) пептиды, принимающие участие в процессе пищеварения (в 

частности, гастрин и секретин); 

3) пептиды, источником которых является α2-глобулиновая 

фракция сыворотки крови (ангиотензин, брадикинин и каллидин); 

4) нейропептиды. 

1.2 БЕЛКИ

Не существует единой классификации белков. В основу исполь
зуемых классификаций белков положен какой-либо один признак. 
Так, по форме молекул различают белки глобулярные и фибриллярные; по выполняемым функциям – транспортные, регуляторные, 
структурные; по локализации в клетке – ядерные, цитоплазматические; по химическому строению – простые и сложные.

Рисунок 2 – Классификация белков по форме молекулы

Простые белки построены из остатков аминокислот и при гид
ролизе распадаются соответственно только на свободные аминокислоты. Простые белки в свою очередь делятся на ряд подгрупп: протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины, глютелины и др. 
Спектр белков плазмы представлен альбуминами и глобулинами.

Сложные белки – это двухкомпонентные белки, которые состо
ят из какого-либо простого белка и небелкового компонента, называемого простетической группой. При гидролизе сложных белков, помимо свободных аминокислот, освобождается небелковая часть или 
продукты ее распада:

Рисунок 3 – Гидролиз сложных белков

Классификация сложных белков основана на химической при
роде входящего в их состав небелкового компонента. 

Таблица 3 – Состав сложных белков

Группа сложных 

белков

Простетическая группа

1
2

Фосфопротеины
Фосфорная кислота

Липопротеины
Липиды

Гликопротеины
Моносахариды, олигосахариды

Протеогликаны
Полисахариды

Хромопротеины
Окрашенные соединения небелкового характера

Нуклеопротеины
Нуклеиновые кислоты

Структура белковой молекулы

Первичной структурой белка называют порядок чередования 

аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Вторичной структурой белка называют пространственную структуру, образующуюся в 
результате взаимодействия между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова. Третичная структура белков –
трехмерная пространственная структура, образующаяся за счет взаимодействия между радикалами аминокислот. Четвертичная структура 
белка – ассоциация нескольких полипептидных цепей – протомеров, 
связанных между ионными, водородными связями или гидрофобными 
взаимодействиями.

Рисунок 4 – Организация белковой молекулы в пространстве

Физико-химические свойства белков

К ним относятся: форма молекул, молекулярная масса, коллоид
ные свойства, амфотерные свойства, растворимость белков, денатурация. Значение pH среды, при котором суммарный заряд белка равен 
нулю, называют изоэлектрической точкой белка и обозначают ИЭТ.

Факторы, обеспечивающие растворимость белков: одноимен
ный заряд и гидратные оболочки. Коагуляция – слипание белковых 
молекул, образование ассоциатов. Следствием коагуляции является 
седиментация – выпадение в осадок. Факторы, вызывающие коагуляцию: нагревание, добавление кислот и щелочей, добавление органических растворителей, добавление солей тяжелых металлов, высаливание. Высаливанием называют обратимую коагуляцию под действием 
солей щелочных металлов и аммония. Высаливание используют как 
метод разделения белков на фракции.

Денатурацией называют нарушение природной конформации 

белковой молекулы под действием различных факторов, сопровождающееся потерей растворимости и утратой биологической активности. 
Факторы, вызывающие денатурацию: нагревание; органические растворители; кислоты и щелочи; соли тяжелых металлов; мочевина; 
сильное встряхивание и т. д.

Денатурация бывает обратимая и необратимая. Процесс, обрат
ный денатурации, называют ренатурацией.

Рисунок 5 – Влияние среды на суммарный заряд белковой глобулы 

Свойства белков определяет их аминокислотный состав. Наиболее 

характерными физико-химическими свойствами белков являются высокая вязкость растворов, незначительная диффузия, способность 
к набуханию в больших пределах, оптическая активность, подвижность 
в электрическом поле, низкое осмотическое давление и высокое онкотическое давление, способность к поглощению УФ-лучей при 280 нм (это 
свойство, обусловленное наличием в белках ароматических аминокислот, используется для количественного определения белков). Белки ам

фотерны благодаря наличию свободных NH2- и СООН-групп в боковых 
радикалах аминокислот. Для них характерны все свойства кислот и оснований. В зависимости от реакции среды и соотношения кислых и основных аминокислот белки в растворе несут или отрицательный, или 
положительный заряд, перемещаясь к аноду или катоду. 

Это свойство– используется при очистке белков методом элек
трофореза.

Белки обладают явно выраженными гидрофильными свойства
ми. Растворы белков имеют очень низкое осмотическое давление, высокую вязкость и незначительную способность к диффузии. Белки 
способны к набуханию в очень больших пределах. С коллоидным состоянием белков связан ряд характерных свойств, в частности, явление светорассеяния, лежащее в основе количественного определения 
белков методом нефелометрии. Этот эффект используется, кроме того, в современных методах микроскопии биологических объектов. 
Молекулы белка не способны проникать через полупроницаемые искусственные мембраны (целлофан, пергамент), а также биомембраны 
растительных и животных тканей.

1.3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА 

Работа 1

Приготовление белкового раствора и его коагуляция 

Примерно 1 г пшеничной муки залить 10 мл воды, тщательно 

перемешать и дать отстояться (15-20 минут), отфильтровать вытяжку 
муки. Наблюдать опалесценцию фильтрата. Фильтрат разделить на 
5 равных частей и к каждой добавить по несколько капель 

а) 1-2 % раствора серной кислоты; 
б) 10 % раствора трихлоруксусной кислоты; 
в) 5 % раствора сульфата меди. 
Везде наблюдаем усиливающееся помутнение раствора белка 

(коагуляцию). Аналогичные опыты можно провести с молочной сывороткой, раствором яичного белка и т.п.

Работа 2

Цветные реакции на белки 

К оставшимся от предыдущего опыта двум порциям белкового 

фильтрата добавить: а) 1 мл 5-10 % щелочи и несколько капель сульфата меди – наблюдать фиолетовое окрашивание, указывающее на 
наличие пептидных связей (биуретовая реакция); б) 0,5 мл 0,5 %-ного 
водного раствора нингидрина, прокипятить на водяной бане 5-10 мин. 
до появления синего или вишневого окрашивания, что свидетельствует о присутствии в мучной вытяжке веществ, содержащих аминогруппу (свободные аминокислоты, белки).

Обе реакции можно рассматривать как универсальные цветные 

реакции на белки. Возможен и другой вариант нингидриновой реакции: на полоску фильтровальной бумаги нанести каплю раствора белка или аминокислоты и после высушивания смочить спиртовым раствором нингидрина; после прогревания бумажной полоски появляется 
яркое вишневое пятно, соответствующее капле нанесенного образца.

Работа 3

Цветная реакция с кислым раствором нингидрина 

(реакция Чинарда) 

Некоторые важные аминокислоты образуют специфическое 

окрашивание с нингидрином в резко кислой среде (фосфорная + уксусная кислоты). Такую реакцию дают пролин, орнитин, цитруллин, 
цистеин, лизин.

К 0,2 мл раствора какой-либо из указанных аминокислот доба
вить 1 мл концентрированной уксусной кислоты и 0,1 мл (2 капли) реактива Чинарда. Перемешать и тщательно кипятить на водяной бане 
10-15 мин. Появляется красно-коричневое окрашивание. 

Чтобы обнаружить перечисленные аминокислоты в белке, его 

необходимо предварительно подвергнуть кислотному гидролизу 
(нагреть в присутствии 5-6 М хлороводородной кислоты).

Работа 4

Диазореакция Паули

Ещё в 1904 г. Паули предложил очень чувствительную реакцию 

на гистидин и тирозин: реакцию азосочетания с сульфаниловой кислотой. С помощью этой реакции можно обнаружить гистидин и продукты его распада в смывах с кожи человека и животных (собак, кошек).

Палец тщательно ополаскивают в стаканчике с небольшим ко
личеством воды (4-5 мл). К полученному смыву последовательно добавить по 0,1 мл (2-3 капли) 1 %-го раствора сульфаниловой кислоты, 
0,5 %-го раствора нитрита натрия и 10%-го раствора карбоната 
натрия; проба перемешивается, появляется оранжевое окрашивание 
(кроме гистидина и тирозина, эту реакцию дают гистамин и некоторые гетероциклы).

Работа 5

Ксантопротеиновая реакция 

Это широко известная цветная реакция на присутствие аромати
ческих аминокислот (особенно тирозина) в белках. При нагревании 
ароматических аминокислот и белков, их содержащих, с концентрированной азотной кислотой развивается желтое окрашивание за счет 
нитрования ароматического цикла (образование нитрофенолов).