Основы биохимии и молекулярной биологии

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
А. Н. Акулов, Ю. В. Щербакова 
ОСНОВЫ БИОХИМИИ 
И МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ 
Практикум
Казань 
Издательство КНИТУ 
2022 

УДК 577.1(076) 
ББК 28.072я7 
А44 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р биол. наук, доц. А. Р. Каюмов 
канд. биол. наук О. В. Горшков 
А44 
Акулов А. Н. 
Основы биохимии и молекулярной биологии : практикум / 
А. Н. Акулов, Ю. В. Щербакова; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 88 с. 
ISBN 978-5-7882-3265-2 
Содержит краткие теоретические сведения и лабораторные работы по 
качественному и количественному определению ряда основных биохимических соединений: белков, аминокислот, жиров, углеводов.  
Предназначен для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 19.03.01 «Биотехнология». 
Подготовлен на кафедре промышленной биотехнологии. 
УДК 577.1(076) 
ББК 28.072я7 
ISBN 978-5-7882-3265-2 
© Акулов А. Н., Щербакова Ю. В., 2022 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2022 
2

С О Д Е Р Ж А Н И Е
МЕТОДЫ БИОХИМИИ ..................................................................................... 4 
Лабораторная работа 1. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ 
МОЛЕКУЛ ......................................................................................................... 6 
БЕЛКИ И АМИНОКИСЛОТЫ ....................................................................... 12 
Лабораторная работа 2. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ 
НА АМИНОКИСЛОТЫ И ВЫЯВЛЕНИЕ АМИНОКИСЛОТНЫХ 
ОСТАТКОВ В БЕЛКАХ ................................................................................. 15 
Лабораторная работа 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
БЕЛКОВ ........................................................................................................... 26 
Лабораторная работа 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ БЕЛКА 
........... 33 
ФЕРМЕНТЫ ....................................................................................................... 38 
Лабораторная работа 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ 
ФЕРМЕНТОВ .................................................................................................. 39 
УГЛЕВОДЫ ........................................................................................................ 47 
Лабораторная работа 6. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА УГЛЕВОДЫ 
И СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ ........................................................................ 50 
ЛИПИДЫ 
............................................................................................................. 58 
Лабораторная работа 7. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА ЛИПИДЫ 
И ИХ СВОЙСТВА 
........................................................................................... 59 
ВИТАМИНЫ 
....................................................................................................... 67 
Лабораторная работа 8. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ 
НА ВИТАМИНЫ И СВОЙСТВА ВИТАМИНОВ 
........................................ 68 
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ ........................................................................ 80 
Лабораторная работа 9. ВЫДЕЛЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ ........ 81 
Лабораторная работа 10. ЭЛЕКТРОФОРЕЗ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ ..... 82 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................ 85 
3 

М Е Т О Д Ы  Б И О Х И М И И
Биохимическими методами анализа называют методы обнаружения и определения веществ, в основе которых лежат биохимические 
процессы, т. е. трансформация одних соединений в другие, или образование межмолекулярных комплексов с участием специфических биологических молекул. Благодаря высокой специфичности биохимических взаимодействий и возможности регистрации образующихся комплексов с крайне низкими пределами обнаружения, биохимические методы анализа активно используются в медицинской диагностике и для 
решения других прикладных задач. 
Методы биохимии в зависимости от природы явления или области знания, лежащих в основе метода, относятся к той или иной классификационной группе. Разработаны классификации методов биохимии (обычно в пределах одной группы), основанные на конструктивных признаках и дополняющие основную классификацию. Классификация методов имеет иерархическую структуру (рис. 1). 
Рис. 1. Классификация методов биохимии 
Химические методы хронологически являются наиболее старыми. 
Они основаны на использовании специфических реагентов, при взаимодействии которых с исследуемым веществом возникает определенный 
эффект, воспринимаемый органами чувств человека (окраска, осадок, 
4 

запах и др.). Для количественной оценки результатов исследования 
в большинстве случаев применяются весовой или объемный методы, 
осуществляемые с использованием аналитических весов или бюреток. 
Граница между физико-химическими и физическими методами 
анализа условна. Поскольку характерным для обоих методов является 
использование специальных физических приборов, их можно назвать 
инструментальными методами анализа. Основанием для этого служит 
то обстоятельство, что инструментами называют также приборы, 
устройства, приспособления, применяемые в науке и технике для измерений и других операций. 
К физико-химическим методам мы будем относить такие, которые позволяют путем регистрации физических параметров системы получать информацию о ее химических свойствах (концентрации раствора, качественном и количественном составе сложной смеси веществ, 
строении молекулы и др.). 
Физические методы позволяют с помощью одних физических 
свойств системы получить сведения о других, которые, по-видимому, 
правильнее отнести к физическим свойствам (форма, размер, жесткость 
молекулы). Кроме того, во многих таких методах используются жесткие физические воздействия, которые разрушают или существенно изменяют химический состав исходной пробы, при этом в основе метода 
лежат явления, преимущественно связанные с атомным ядром и невалентными электронами.  
Для инструментальных методов анализа характерно сочетание их 
с химическими методами, а также объединение в одном комбинированном методе двух разных методов. Кроме того, наряду с классическими 
вариантами инструментальных методов существуют и их микромодификации. 
К группе методов, которые мы назвали модельными, относятся 
те случаи, когда с целью получения сведений о каком-то объекте (оригинале) исследуются его материальные или идеальные модели (включая математические). 
Математико-статистические методы применяются при планировании эксперимента и статистической обработке полученных с его помощью данных. Эти методы являются объектом изучения специальной 
дисциплины (биометрии) и нами рассматриваться не будут. 
К специальным методам мы условно отнесли особые усложненные случаи применения инструментального анализа для решения некоторых теоретических и прикладных задач биохимии. 
5 

Л а б о р а т о р н а я  р а б о т а  1   
М Е Т О Д Ы  Р А З Д Е Л Е Н И Я  О Р Г А Н И Ч Е С К И Х  
М О Л Е К У Л  
Цель работы: разделение органических соединений с помощью 
различных методов. 
 
Диализ  
 
Материалы и реактивы: пробирки; лист целлофана; раствор альбумина; насыщенный раствор сульфата аммония; 5 % раствор BaCl2; 
реактив Несслера, состоящий из растворенной в растворе КОН двойной 
соли йодистой ртути и йодистого калия (HgI2, KI); раствор NH4OH.  
 
Диализом называется процесс разделения высоко- и низкомолекулярных веществ с помощью полупроницаемых мембран (коллодий, целлофан, пергамент и др.). Обладая большим диаметром, белковые молекулы не способны проникать через подобные мембраны, в то время как 
частицы низкомолекулярных веществ легко проходят сквозь них.  
 
Ход работы 
 
1. В две пробирки наливают 2 мл раствора альбумина, прибавляют к нему одну каплю насыщенного раствора сульфата аммония. 
Из листа целлофана, намоченного водой, делают мешочек (диализатор) 
и выливают в него содержимое пробирки. Края мешочка зажимают 
между двумя стеклянными палочками, прижатыми друг к другу резиновыми колечками, надетыми на их концы. Мешочек помещают в стакан с дистиллированной водой и укладывают палочки на края стакана. 
Уровень жидкости в мешочке должен быть ниже жидкости в стакане.  
2. Через 1 ч от начала диализа добавляют в каждую из двух пробирок по 1 мл жидкости из стакана и проводят следующие определения:  
а) на присутствие SO42: добавляют в первую пробирку 3–4 капли 
5 % раствора BaCl2 и наблюдают образование осадка BaSO4 в виде белой мути;  
б) на присутствие белка: осуществляют биуретовую реакцию;  
в) на присутствие аммиачного азота: добавляют несколько капель реактива Несслера. 
6 

При наличии аммиачного азота проявится желтое окрашивание. 
Для контроля следует проделать такую же реакцию с раствором 
NH4OH. Аммиак с реактивом Несслера дает соединение (йодистый меркураммоний), которое при малых количествах аммиака в растворе окрашивает его в желтый цвет, а при значительных – в красно-желтый: 
 
NH3 + 2(HgI2 · HI) + 3KOH → NH2HgIO3 + 7КI +2H2O. 
 
3. Жидкость из мешочка (диализат) сливают в пробирку, отмеряют 10 капель диализата и с ним тоже проделывают биуретовую реакцию.  
 
Гельпроникающая хроматография 
 
Материалы и реактивы: пробирки; колонка с сефадексом G-25; 
шприц; раствор крахмала; раствор белка; 5 % раствор K2CrO4; раствор 
0,1 % NaCl; реактив Люголя; биуретовый реактив (0,15 г CuSO4 · 5H2O 
и 0,6 г NaKC4H4O6 · 4H2O (виннокислый натрий-калий, или сегнетова 
соль). 
 
Гельпроникающая (молекулярно-ситовая) хроматография является методом разделения, очистки и анализа органических соединений. 
Разделение основано на различии в размерах молекул компонентов анализируемых смесей. С помощью этого метода можно также определять 
молекулярную массу высокомолекулярных соединений.  
Гели, используемые в качестве молекулярных сит, – это сшитые 
полимеры, которые в общем инертны, не связываются и не реагируют 
с анализируемыми веществами и не имеют заряда. Наиболее часто для 
этих целей применяют органические полимеры с трехмерной структурой (например, гели полисахарида декстрана, их коммерческое название – сефадексы).  
Существует несколько типов сефадексов, различающихся размерами, количеством пор и величиной гранул. Это позволяет применять 
их для разделения веществ с разными размерами молекул. Благодаря 
высокому содержанию гидроксильных групп гранулы сефадекса легко 
набухают, образуя гель. Чем выше способность геля к набуханию, тем 
больше номер сефадекса. Для освобождения белковых растворов от солей обычно используют сефадекс марки G-25.  
7 

Ход работы 
 
1. Для разделения белка с крахмалом и раствора соли используют 
колонку, заполненную гелем сефадекса G-25 (рис. 2). Хроматографическую колонку наполняют гелем, набухшим в воде или в буферном растворе.  
2. Низ колонки закрывают и на поверхность геля шприцем наслаивают около 2 мл смеси крахмала, раствора белка и 5 % раствора 
K2CrO4. Иглу шприца по возможности ближе подносят к границе геля, 
после чего начинают медленно нажимать на поршень шприца. Необходимо следить, с одной стороны, за тем, чтобы не повредить поверхность 
геля, а с другой – чтобы наносимый раствор не смешивался со всей массой раствора над гелем. Наслаиваемый объем должен распределяться 
тонким слоем на поверхности геля.  
3. Сверху на колонку подают раствор 0,1 % NaCl.  
4. Снимают зажим на выходе колонки и начинают собирать 
элюат в пробирки по 2 мл. Необходимое количество пробирок зависит 
от емкости используемой колонки (например, для колонки, содержащей около 60 мл геля, потребуется от 15 до 18 пробирок).  
5. Заполнив пробирки, колонку закрывают и в собранных порциях элюата проводят определение крахмала, белка и соли.  
6. Выход хромата калия отмечают по появлению желтого окрашивания раствора в очередной пробирке.  
7. Для качественной реакции на крахмал из пробирок отбирают 
по 1 мл раствора в новые пробирки и прибавляют туда 1–2 капли реактива Люголя.  
8. Для обнаружения белка используют биуретовый реактив.  
 
а                           б                           в 
Рис. 2. Разделение веществ в колонке с сефадексом G-25: 
а – начальный момент эксперимента; б – промежуточный;  
в – конечный 
8 

Тонкослойная хроматография 
 
Материалы и реактивы: хроматографические пластины; хроматографическая камера; микропипетка; органический растворитель бензол:гексан (1:1); красители (красный крезоловый; судан IV; судан Ж; 
азобензол). 
 
Тонкослойная хроматография – один из наиболее часто используемых методов хроматографического анализа, при котором разделение веществ происходит в тонком слое сорбента, нанесенного на твердую подложку.  
Хроматографическая пластинка представляет собой основу из 
стекла, алюминия или полимера. В связи с тем что стеклянная основа 
становится все менее популярной (пластинка часто бьется, ее нельзя разделить на несколько частей, не повредив слой сорбента), наибольшее 
распространение получили пластины, в качестве основы для которых используют алюминиевую фольгу или полимеры. Для закрепления сорбента применяют гипс, крахмал и другие вещества, которые удерживают 
зерна сорбента на подложке. Толщина слоя может быть различна 
(100 мкм и более), но самое главное, чтобы он был равномерным по толщине в любом месте хроматографической пластинки. Наиболее распространенным сорбентом является силикагель, используют также окись 
алюминия, кремнекислый магний, целлюлозу и другие сорбенты. Преимущество тонкослойной хроматографии перед бумажной хроматографией заключается в быстроте разделения веществ, значительно большей 
чувствительности и устойчивости слоя по отношению к агрессивным 
проявителям и нагреванию. В ряде случаев количество обнаруживаемых 
веществ находится в пределах от 0,1 до 0,005 мкг.  
 
Ход работы 
 
1. Для хроматографии используют пластинку марки Silufol размером 37,5×75,0 мм. Отступив 5 мм от края ее узкой стороны, проводят 
мягким карандашом линию старта. Соприкосновение карандаша с поверхностью пластинки должно быть очень легким, без нажима. Слой 
сорбента ни в коем случае не должен повреждаться.  
2. Линию старта размечают короткими штрихами через 7,5 мм, 
начиная от края. Таких штрихов будет четыре. На пересечении штрихов 
с линией старта наносят смесь из четырех красителей (красного 
9