Практикум по молекулярно-биологическим методам

Н. В. Цымбаленко, А. А. Жукова,  

П. С. Кудрявцева  

ПРАКТИКУМ ПО МОЛЕКУЛЯРНО
БИОЛОГИЧЕСКИМ МЕТОДАМ

Учебное пособие для студентов

ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА 

ПОДГОТОВКИ МАГИСТРА  

по направлению «06.04.01 — БИОЛОГИЯ»

Санкт-Петербург 

Издательство РГПУ им. А. И. Герцена 

2020

РоССИйСкИй  ГоСУдАРСтвенный  
ПедАГоГИчеСкИй  УнИвеРСИтет  им.  А. И. ГеРценА

 
© Н. В. Цымбаленко, А. А. Жукова,  
    П. С. Кудрявцева, 2020
© Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2020
© С. В. Лебединский, оформление обложки, 2020
ISBN  978-5-8064-2888-3

ББК 28.070я73
Ц 95

Цымбаленко Н. В., Жукова А. А., Кудрявцева П. С. 
Ц 95     Практикум по молекулярно-биологическим методам: учебное 
пособие для студентов. Основная образовательная программа 
подготовки магистра по направлению «06.04.01 — Биология». — 
СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2020. — 116 с.
ISBN  978-5-8064-2888-3

Пособие состоит из двух частей — «информационной» и «практической». 
В информационной части кратко рассматриваются общие черты методов 
экстракции и анализа нуклеиновых кислот и белков, а также современные 
методические подходы, которые широко используются как в фундаментальных исследованиях, так и для решения практических задач в медицине, 
сельском хозяйстве и экологии. Теоретической основой для освоения практикума является знание учебной дисциплины «Молекулярная биология»  
в объеме образовательной программы магистратуры. 
Практикум будет полезен для студентов биологических, медицинских, 
сельскохозяйственных и ветеринарных вузов, а также биологов, медиков, 
физиков и химиков, интересующихся проблемами и возможностями молекулярной биологии.

ББК 28.070я73

Печатается по решению кафедры зоологии  

Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена



СОДЕРжАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
5

Ч а с т ь  I. Теоретическая и материальная составляющие курса. . .  
8

Тема 1. Знакомство с основными приборами и оборудованием  
для практикума по молекулярной биологии . . . . . . . . . . . . .  
8

Тема 2. Получение субклеточных фракций методом дифференциального центрифугирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  13

Тема 3. Выделение нуклеиновых кислот. . . . . . . . . . . . . . . . . . .  16
Выделение и очистка плазмидной ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . .  16
Выделение хромосомной ДНК из животных клеток и тканей  18
Выделение нуклеиновых кислот с помощью коммерческих 
наборов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  20
Выделение препарата тотальной РНК эукариот . . . . . . . . . . .  20

Тема 4. Анализ препаратов нуклеиновых кислот. . . . . . . . . . . .  22
Спектрофотометрический анализ препаратов нуклеиновых 

кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22
Гель-электрофорез нуклеиновых кислот в агарозе и ПААГ  24
Экстракция и очистка фрагментов ДНК для дальнейшего 

анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  25

Тема 5. Рестрикционный анализ ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  27
Гибридизация нуклеиновых кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  28

Тема 6. Полимеразная цепная реакция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  30
Обратная транскрипция, сопряженная с полимеразной  
цепной реакцией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  40

Тема 7. Установление нуклеотидной последовательности ДНК  42
Клонирование фрагментов ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  42
Определение первичной структуры ДНК . . . . . . . . . . . . . . . .  45

Тема 8. Использование компьютерных технологий и баз данных 
Интернета для обработки экспериментальных данных, 
полученных при исследовании нуклеиновых кислот . . . . . .  50

Тема 9. Получение препаратов белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  53
Разрушение клеток и экстракция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  53
Методы очистки белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  55

Тема 10. Методы анализа белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  58
Определение концентрации белка по методу Брэдфорд . . . .  58
Электрофорез в полиакриламидном геле (ПААГ) . . . . . . . . .  60

Тема 11. Вестерн-блоттинг. Иммуноэлектрофорез . . . . . . . . . .  61



Ч а с т ь  II. Практические занятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  65

Практическое занятие № 1. Ознакомление с основными 
приборами и оборудованием для практикума по молеку- 
лярной биологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  65

Практическое занятие № 2. Выделение нуклеиновых кислот .  65

Практическое занятие № 2(1). Выделение хромосомной  
ДНК из эукариотических клеток методом экстракции 
фенолом-хлороформом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  65

Практическое занятие № 2(2). Выделение препарата  
тотальной клеточной РНК эукариот с помощью набора 
«TRIzol®Reagent» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68

Практическое занятие № 3. Спектрофотометрический анализ 
препаратов нуклеиновых кислот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  70

Практическое занятие № 4. Гельэлектрофорез . . . . . . . . . . . . .  72

Практическое занятие № 4(1). Гельэлектрофорез  
нуклеиновых кислот в агарозе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72

Практическое занятие № 4(2). Гельэлектрофорез нуклеино- 
вых кислот в 8% полиакриламидном геле (ПААГ) . . . . .  74

Практическое занятие № 5. ПЦР — полимеразная цепная  
реакция со специфическими праймерами . . . . . . . . . . . . . . .  77

Практическое занятие № 6. Обратная транскрипция,  
сопряженная с методом ПЦР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  79

Практическое занятие № 7. Работа с ресурсами GeneBank . . .  81

Практическое занятие № 7(1). Дизайн специфических  

праймеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  81

Практическое занятие № 7(2). Обработка секвенограмм  
и выравнивание нуклеотидных последовательностей . . .  83

Практическое занятие № 8. Анализ препаратов белков . . . . . .  87

Практическое занятие № 8(1). Спектрофотометрический  
анализ белков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  87

Практическое занятие № 8(2). Нативный прерывный  
электрофорез белков в полиакриламидном геле (ПААГ)  89

Практическое занятие № 8(3). Прерывный электрофорез  
белков в полиакриламидном геле (ПААГ) в денатуриру- 
ющих условиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  94

Программа курса «Практикум по молекулярно-биологическим 
методам» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  98

Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  111

Список используемой литературы и интернет-источников . . . . . .  115



ПРЕДИСЛОВИЕ

Начиная со второй половины ХХ века по настоящее время, биология является самой быстро развивающейся наукой. Такие круп- 
ные открытия в биологии, как выявление структуры и описание 
функций ДНК, базировались на экспериментальных данных, полученных методами химии и физики. В свою очередь, изучение процессов хранения генетической информации, ее воспроизведения 
(репликация) и реализации в живой клетке (транскрипция и синтез 
белка), а также установление роли белковых молекул в осуществлении этих функций инициировали разработку новых методов 
исследования специфических биомолекул — нуклеиновых кислот 
и белков. Так возникла новая отрасль биологии — молекулярная 
биология.
Значительно возросшие технические возможности позволили 
исследовать молекулярные процессы биологии уже известными 
физико-химическими методами, которые выделились в специфическую группу молекулярно-биологических методов. Поскольку нуклеиновые кислоты являются генетическими молекулами, и направленная рекомбинация отдельных фрагментов этих молекул может 
приводить к получению новой генетической программы, эти методы 
часто стали называть молекулярно-генетическими. Комбинирование 
классических методов исследования позволило создавать многостадийные технологические подходы, например, полимеразная цепная 
реакция, секвенирование, создание биочипов и др.
Отличительной чертой молекулярной биологии было и остается 
то, что в ней делается упор на исследование структуры макромолекул 
и ее связи с функцией. Исследование физико-химических свойств 
биомолекул даёт возможность прогнозировать их свойства. В настоящее время эти методы и созданные на их основе методические подходы востребованы не только в биологии, но и в других областях 
фундаментальных наук и прикладной деятельности: медицине, криминалистике, археологии, экологии и др.
Учебное пособие «Практикум по молекулярно-биологическим 
методам» создавалось как вспомогательный обучающий материал 
для освоения одноименной учебной дисциплины студентами магистратуры. 



Цель дисциплины ― обеспечить приобретение профессиональной 
компетентности в области экспериментальных подходов в молекулярной биологии и молекулярной биотехнологии путем знакомства 
с методами выделения, очистки и анализа основных биополимеров 
(нуклеиновых кислот и белков), а также использования биоинформатики для решения конкретных фундаментальных и практических 
задач современной биологии.
Пособие состоит из двух частей — «информационной» и «практической». В информационной части кратко рассматриваются общие 
черты методов экстракции и анализа основных биополимеров: нуклеиновых кислот и белков, а также современные методические 
подходы, которые широко используются как в фундаментальных 
исследованиях, так и для решения практических задач в медицине, 
сельском хозяйстве и экологии.
Теоретической основой для освоения практикума являются знания 
учебных дисциплин «Молекулярная биология» и «Введение в биотехнологию» в объёме учебных программ бакалаврского образования. 
Практикум проводится на базе Лаборатории экспериментальной 
зоологии кафедры зоологии факультета биологии РГПУ им. А. И. Герцена и Учебной лаборатории экспериментальной биологии и экологии. Обе лаборатории, исследовательская и учебная, созданы для 
проведения фундаментальных научных работ и осуществления образовательного процесса по освоению современных методов био- 
логии. Все оборудование и материальное оснащение расходными 
материалами позволяют применять широкий арсенал современных 
методов методических подходов, которые используются в исследовательской работе научных сотрудников и преподавателей кафедры, 
а также для выполнения выпускных квалификационных работ аспирантов и студентов.
В практикуме представлены прописи для проведения цикла лабораторных работ, связанных с изучением структуры и функций 
нуклеиновых кислот и белков, с использованием наиболее широко 
распространенных методов современной молекулярной биологии. 
Наряду с работами, которые требуют современного и, в ряде случаев, достаточно дорогого оборудования и реактивов, приведены 
прописи выполнения элементарных работ, позволяющих, тем не 
менее, получить определенные качественные и количественные 
результаты, характеризующие свойства белков и нуклеиновых кис

лот. Каждая работа содержит теоретическое описание того или 
иного метода и наиболее важные аспекты его практического использования, целевое назначение всех необходимых реактивов и оборудования, а также подробное постадийное описание лабораторных 
операций. 
Данный практикум будет полезен для студентов биологических, 
медицинских, сельскохозяйственных и ветеринарных вузов, учащихся старших классов, а также биологов, медиков, физиков и химиков, 
интересующихся проблемами и возможностями молекулярной биологии.



Ч а с т ь  I 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И МАТЕРИАЛЬНАЯ  

СОСТАВЛЯЮЩИЕ КУРСА

Тема 1. Знакомство с основными приборами  

и оборудованием для практикума  
по молекулярной биологии

Для экстракции и последующего анализа нуклеиновых кислот  
и белков из клеток или тканей прокариот и эукариот необходимо 
специальное оборудование. Информация об основных приборах,  
с которыми студенты знакомятся в экспериментальной лаборатории 
при выполнении работ по молекулярно-биологическому практикуму, 
представлена в данном разделе.
В этом разделе на рисунках представлены лабораторное оборудование и одноразовый лабораторный пластик, необходимые при 
проведении экспериментальных работ по молекулярной биологии  
и биотехнологии (рис. 1–17).

             

Рис. 1. Диспергатор тканей предназначен для приготовления небольших 
по объему проб гомогенизированных 
тканей в узких стаканах и пробирках    

Рис. 2. Настольные центрифуги  
используют для фракционирования 
гомогенатов тканей (с охлаждением 
и без охлаждения камеры)



Рис. 3. Спектрофотометр для определения оптической плотности растворов, по значению которой рассчитывается концентрация и степень 
очистки исследуемого вещества, например, нуклеиновой кислоты
Рис. 4. Магнитные мешалки для равномерного перемешивания при приготовлении различных растворов

Рис. 5. Водяная баня для создания 
и поддерживания необходимой температуры в опытных образцах

Рис. 6. Суховоздушный термостат 
для создания и поддерживания необходимой температуры в опытных 

образцах

Рис. 7. Вортекс обеспечивает быстрое  
и равномерное растворение осадка образцов  
после центрифугирования

8(1)                                           8(2) 

Рис. 8 (1, 2). Качающиеся платформы (шейкеры) для постоянного перемешивания при проведении длительных реакций, а также промываниях 
мембран после проведения реакций с фиксированными на ней образцами

Рис. 9. Источник питания  
и комплектующие провода  
для электрофореза

Рис. 10. Трансиллюминатор для визуализации электрофореграмм  
при анализе нуклеиновых кислот в агарозных гелях

11(1)                                                       11(2) 

Рис. 11. Аппараты для горизонтального (1) и вертикального (2)  

гель-электрофореза

Рис. 12. Весы для взвешивания  
реактивов, образцов и др.

Рис. 13. Система видеодокументирования для документирования и обработки результатов электрофореза

Рис. 14. Амплификатор, используется в молекулярной биологии для 
амплификации ДНК методом полимеразной цепной реакции. Обес- 
печивает периодическое охлаждение и нагревание пробирок, обычно  
с точностью не менее 0,1 Cо
Рис. 15. Амплификатор (RealTime) 
ПЦР в реальном времени