《细胞的破碎》PPT课件

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1、细胞破碎技术第二章细胞破碎技术第一节细胞壁的结构与组成第二节细胞壁的破碎第三节包涵体第一节细胞壁的结构与组成细胞壁是微生物菌体比较复杂的结构。不仅取决于微生物的类型，还取决于培养发酵液的组成、细胞所处的生长阶段、细胞的存储方式以及其它一些因素。不同微生物菌体细胞壁的结构有一定差异。一、细菌细菌的细胞壁坚韧而有弹性，由不同的肽链结合组成质量均匀的网状结构，其厚度因细菌不同而有差异，可抵御外界的机械损伤，并可承受细胞内强大的渗透压而不被破坏。第一节细胞壁的结构与组成细胞壁的主要成份是肽聚糖，由N—乙酰葡糖

2、胺（见图2-1a）和N—乙酰胞壁酸（见图2-1b）构成双糖单元，以β（1-4）糖苷键连接成大分子。N—乙酰胞壁酸分子上四肽侧链，相邻葡聚糖纤维之间的短肽通过肽桥或肽键连接起来，组成机械性很强的网状结构，像胶合板一样，粘合成多层。各种细菌细胞壁酞聚糖结构均相同，但在四肽侧链的组成及其连接方式上随菌种不同而有差异。革兰氏阳性菌细胞壁（见图2-2）较厚，约20～80nm。含15～50层肽聚糖片层，每层厚度1nm，约占细胞干重的50%～80%。此外，尚有壁磷壁酸和膜磷壁酸。第一节细胞壁的结构与组成图2-1细菌

3、细胞壁的主要组分第一节细胞壁的结构与组成革兰氏阴性菌细胞壁（见图2-3）细胞壁较薄，有1～2层肽聚糖片，在肽聚糖层外尚有脂蛋白、脂质双层、脂多糖三部分。脂蛋白的功能是将外膜固定于肽聚糖层，脂类和蛋白质等在稳定细胞结构上非常重要，如果被抽提，细胞壁将变得很不牢固。第一节细胞壁的结构与组成二、真菌和酵母真菌的细胞壁含有几丁质（N-乙酰葡萄糖胺的一种聚合物）纤维素、葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等。此外还有蛋白质、类脂、无机盐等。而酵母的细胞壁（见图2-4）由特殊的纤丝状物质构成，主要成份是甘露聚糖（31%），

4、葡聚糖（29%），蛋白质（13%）和类脂质（8.5%）。酵母中的葡聚糖的为β-1，6-葡聚糖通过β-1，3键与D-葡萄糖中第一侧链交连而不溶于水。所有的真菌细胞壁是由不同的多糖链相互缠绕成一股又粗又壮的链，嵌入在蛋白质及类脂和一些小分子的多糖基质中，看起来像钢筋混凝土，从而解释了真菌细胞壁的机械强度和硬度。第一节细胞壁的结构与组成三、藻类藻类的细胞壁更为复杂，其主要结构成份，是纤丝状的多糖类物质。M-甘露聚糠；P-磷酸二脂键；G-葡聚糠图2-4酵母细胞壁的结构示意图第二节细胞壁的破碎细胞破碎的方法很多

5、，在诸多破碎方法中，机械法中的球磨机和高压匀浆机不仅在实验室而且在工业得到应用。其它的方法大多尚停留在实验室应用，工业化的应用还在探索之中。一、球磨法球磨机是破碎微生物细胞的常用设备，一般有立式（见图2-5）或卧式（见图2-6）两种，在磨腔中装入小玻璃球或小钢球，由电动机带动搅拌碟片高速搅拌微生物细胞悬浮物和小磨球而产生剪切力，将细胞破碎。第二节细胞壁的破碎图2-5NetzschMolinexKE5搅拌磨图2-6NetzshLM20砂磨机第二节细胞壁的破碎破碎作用遵循一级动力学定律：（2-1）式中R—

6、—t时间内释放的蛋白质数量（mg/g）；Rm——100%破碎细胞释放的蛋白质数量（mg/g）。k——破碎的比速率，s-1；t——球磨机工作的时间，s。第二节细胞壁的破碎将上式由开始工作到t时刻积分，可得：（2-2）式中x——为R/Rm，t时刻释放蛋白质的分数，x数值越大，表示破碎程度越高。一般用破碎率Y表示破碎程度。破碎率定义为被破碎细胞的数量占原始细胞的百分数。第二节细胞壁的破碎式中N0——原始细胞数量；N——经t时刻操作后保留下来的未受损害完整细胞的数量。N0和N可由直接计数法和间接法求得。直接计

7、数法是直接对稀释后的样品用血球计数器或平板菌落计数法进行计数。间接计数法是在细胞破碎后，将悬浮液离心分离，除去细胞碎片，未破碎的细胞及其他悬浮物，然后对清液进行蛋白质含量或酶的活性进行分析。通过细胞释放出来的化合物的量R与所有细胞理论最大释放量Rm的比值R/Rm，求出破碎率。（2-3）第二节细胞壁的破碎破碎率是选择细胞破碎设备的重要依据之一。在用球磨法破碎细胞的过程中，影响因素有以下几个方面：（1）搅拌器外缘速率搅拌器速度增加，剪切力增大，细胞破碎量增大，但是高的能量消耗，高的热量产生和磨球的磨损以及

8、因剪切力引起产物失活，因此对于给定处理量和对蛋白质的释放要求下，存在着最佳效率点。实际生产中，搅拌器外缘速率控制在（5～15）m/s之间。第二节细胞壁的破碎（2）细胞的浓度在细胞破碎过程中，产生的热量随浓度的增大而提高，增加了冷却的费用。因此最佳的细胞浓度由实验来确定。用NetzshLM20研磨和破碎酵母或细菌时，细胞浓度控制在40%左右。（3）球粒大小和装填量磨球越小，细胞破碎速度越快。但磨球太小而漂浮，难以停留在磨腔中。因此实验室规模的研磨机中，球径