Биополимеры

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
БИОПОЛИМЕРЫ
Практикум 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2023 

УДК 577.111(076) 
ББК 28.072я7 
Б36 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
канд. хим. наук Е. Н. Никитин 
канд. биол. наук, доц. П. А. Курынцева 
Б36 
Авторы: С. Т. Минзанова, Ю. Ю. Афанасьева, Ю. В. Щербакова, 
Л. М. Сибиева, А. С. Сироткин 
Биополимеры : практикум / С. Т. Минзанова, Ю. Ю. Афанасьева, 
Ю. В. Щербакова [и др.]; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. 
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 80 с. 
ISBN 978-5-7882-3307-9 
Содержит краткие теоретические сведения по биополимерам, лабораторные 
работы по способам выделения белков, ферментов и пектиновых полисахаридов 
из растительного сырья и клеток микроорганизмов, методам их качественного 
и количественного анализа, определению их физико-химических свойств и структурных особенностей.  
Предназначен для магистрантов направления подготовки 19.04.01 «Биотехнология» (профиль «Биополимеры и перспективные материалы на их основе»). 
Подготовлен на кафедре промышленной биотехнологии. 
УДК 577.111(076) 
ББК 28.072я7 
ISBN 978-5-7882-3307-9 
© Минзанова С. Т., Афанасьева Ю. Ю., 
Щербакова Ю. В., Сибиева Л. М., 
Сироткин А. С., 2023 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2023 
2

С О Д Е Р Ж А Н И Е
Введение ............................................................................................................................................... 
4 
1. БЕЛКИ. ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ БЕЛКОВ, МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ БЕЛКОВ
И ИХ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ .............................................................................. 
5 
Лабораторная работа 1 
РАСТИТЕЛЬНЫЕ БЕЛКИ. ВЫДЕЛЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ БЕЛКОВЫХ ФРАКЦИЙ ............ 
11 
Лабораторная работа 2 
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ БЕЛКОВ 
......................................... 
15 
Лабораторная работа 3  
МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ БЕЛКОВ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО 
ПРОИСХОЖДЕНИЯ ..................................................................................................................... 
20 
2. ФЕРМЕНТЫ 
................................................................................................................................... 
25 
Лабораторная работа 4 
ПОЛУЧЕНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ ........................................................................ 
30 
Лабораторная работа 5 
ВЫЯВЛЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ, ОТНОСЯЩИХСЯ К РАЗНЫМ КЛАССАМ 
........................... 
33 
3. ПОЛИСАХАРИДЫ........................................................................................................................ 
40 
3.1. Нейтральные полисахариды 
................................................................................................... 
43 
3.2. Пектиновые полисахариды: состав и строение 
.................................................................... 
45 
3.2.1. Номенклатура пектиновых веществ 
.................................................................................. 
45 
3.2.2. Ферментативный гидролиз  растительного сырья ........................................................... 
47 
Лабораторная работа 6 
ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛА И ЦЕЛЛЮЛОЗЫ 
............................................................................... 
49 
Лабораторная работа 7 
ПОЛУЧЕНИЕ ПЕКТИНА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ...................................................... 
53 
Лабораторная работа 8 
МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕКТИНА .................................................. 
57 
Лабораторная работа 9 
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕКТИНА 
............................................... 
62 
Лабораторная работа 10 
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВЫДЕЛЕННЫХ ПЕКТИНОВ .......................................................... 
66 
Лабораторная работа 11 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ И МОЛЕКУЛЯРНОГО ВЕСА ПЕКТИНА 
............................... 
69 
Лабораторная работа 12 
ИЗУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПЕКТИНА 
.................................................... 
73 
Список литературы ............................................................................................................................ 
78 
3 

В В Е Д Е Н И Е
Биополимеры – это природные высокомолекулярные соединения 
(ВМС), входящие в состав тканей животных, растений, микроорганизмов. К ним относятся белки, ферменты, нуклеиновые кислоты, полисахариды и смешанные биополимеры. 
Макромолекулы (от греч. macros – большой) обычно состоят из 
повторяющихся сходных по структуре низкомолекулярных соединений, ковалентно связанных между собой. Большинство природных полимеров построены из одинаковых мономеров (от греч. monos – один), 
такие полимеры называют регулярными. Полимеры, в которых отсутствуют определенные закономерность и последовательность мономеров, называют нерегулярными. 
Перестановка и новые сочетания нескольких типов мономеров 
в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества их 
вариантов и определяют различные свойства макромолекул. 
Биополимеры (полное название – биоразлагаемые полимеры) отличаются от остальных полимеров возможностью разложения микроорганизмами путем химического или физического воздействия. Именно это 
свойство новых материалов позволяет решать проблему отходов.  
Приведенный в практикуме материал можно разделить на три части. 
В первой части приведены краткие теоретические сведения по 
теме «Белки» и рассмотрены три лабораторные работы по выделению 
отдельных белковых фракций растительных белков, количественному 
определению содержания белков, методам осаждения белков растительного и животного происхождения.   
Вторая часть практикума посвящена исследованию ферментов. 
Она включает две лабораторные работы по получению ферментных 
препаратов и выявлению их принадлежности к определенному классу.  
В третьей части рассмотрены нейтральные и кислые полисахариды (пектиновые), студентам предлагаются для выполнения семь лабораторных работ по проведению гидролиза крахмала и целлюлозы, получению пектина из растительного сырья, методам качественного и количественного определения пектина, по определению вязкости и молекулярного веса пектина, осуществлению контроля качества выделенных пектинов и изучению их функциональных свойств.   
4 

.  Б Е Л К И .  Ф Р А К Ц И О Н И Р О В А Н И Е  Б Е Л К О В ,  М Е Т О Д Ы
О С А Ж Д Е Н И Я  Б Е Л К О В  И  И Х  К О Л И Ч Е С Т В Е Н Н О Г О  
О П Р Е Д Е Л Е Н И Я  
Белки, или протеины, являются важнейшим классом биополимеров, выполняющих ключевую роль в клетке и присутствующих в виде 
главных компонентов в любых формах живой материи, будь то микроорганизмы, животные или растения. Белки – высокомолекулярные 
азотсодержащие органические соединения, состоящие из аминокислот 
(рис. 1.1), соединенных пептидными связями, и имеющие сложную 
структурную организацию. Роль структурных элементов в белках выполняют α-аминокислоты, отличающиеся друг от друга строением боковых цепей, обозначенных R.  
Рис. 1.1. Двадцать природных аминокислот, входящих в состав белков 
(цветом выделены боковые цепи аминокислот) 
5 

В составе всех белков, как легкорастворимых, так и труднорастворимых, а также почти всех ферментов аминокислоты имеют L-конфигурацию (рис. 1.2).  
Рис. 1.2. L-конфигурация аминокислоты 
По предложению известного датского биохимика К. У. Линнерстрема-Ланга различают четыре уровня организации белковых молекул: 
первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры.  
Первичная структура – это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи (рис. 1.3). Первичная структура 
белка кодируется на генетическом уровне, остальные структуры образуются произвольно при взаимодействии между собой остатков 
аминокислот. Изменение хотя бы одной аминокислоты в аминокислотной последовательности белка может вызвать изменения структуры белка и его физико-химических свойств, а это может привести 
к патологии.   
Рис. 1.3. Первичная структура белка 
Вторичная структура белка – это размещение в пространстве отдельных участков полипептидной цепи или тип укладки полипептидных цепей, эти участки могут быть: 
а) упорядоченными (α-спираль и β-структура); 
б) неупорядоченными (рис. 1.4).  
6 

Рис. 1.4. Вторичная структура белка 
Закручивание молекулы белка (как и других молекул полимеров) в спираль (правозакрученная) выгодно энергетически, так как 
способствует более плотной упаковке молекулы в пространстве 
и уменьшению ее свободной энергии (второй закон термодинамики). 
Именно α-спираль стабилизируется в пространстве благодаря образованию дисульфидных и большого количества водородных связей 
между аминокислотами полипептидной цепи. На один полный виток 
α-спирали приходится 3,6 аминокислотных остатков, радиус спирали 
равен 0,25 нм, шаг α-спирали (период идентичности) – 0,54 нм.  
Некоторые белки спирализованы на 100 %, а другие вовсе лишены 
спиралей. Фактором, который мешает образованию α-спиралей, является расположение подряд нескольких одноименно заряженных аминокислот (взаимное отталкивание) или аминокислот с большими радикалами (пространственное несоответствие). Нарушает α-спираль также 
аминокислота пролин, которая является фактически иминокислотой 
и резко меняет направление полипептидной цепи.  
7 

Складчатым слоем представлены β-структуры. В этом слое полипептидные цепи соединены между собой с помощью водородных связей. 
Подобную структуру имеют фибриллярные белки. Неупорядоченные 
структуры отличаются неупорядоченным расположением белковой 
цепи в пространстве. 
Третичная структура (рис. 1.5) – это способ размещения в пространстве всей полипептидной цепи. Глобулярные белки имеют шарообразную (круглую) форму, фибриллярные – вытянутую форму, существуют промежуточные варианты (эллипс и т. д.). 
Рис. 1.5. Третичная структура белка 
Четвертичная структура (рис. 1.6) возникает у белков, которые 
состоят из нескольких полипептидных цепей (субъединиц, протомеров) 
при объединении третичных структур этих субъединиц. Например, молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц – двух α-цепей 
и двух β-цепей.  
Четвертичную структуру имеют надмолекулярные образования – 
мультиферментные комплексы, которые состоят из нескольких молекул ферментов и коферментов (пируватдегидрогеназа), и изоферменты 
(лактатдегидрогеназа – ЛДГ, креатинфосфокиназа – КФК). 
8