《细胞破碎》PPT课件

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1、第四章细胞破碎※4.1细胞膜※4.0概述※4.2化学破碎方法※4.3机械破碎※4.0概述生物分离的第一步是将生物机体从发酵液中分离，通常使用过滤和离心等方法，这在第二、三章中已有陈述。大多数情况下，抗生素，胞外酶，一些多糖，及氨基酸等目标产物存在于在发酵液中。在上述过程中，需被分离的发酵液可被看作一种副产物来处理，以此分离和纯化产物。有些目标产物不在发酵液中，而是存在于生物体中。尤其是由基因工程菌产生的大多数蛋白质不会被分泌到发酵液中，而是在细胞内沉积。脂类物质和一些抗生素也是包含在生物体中。还有一些目标产物就是细胞本身，如面包酵母。还

2、有，产物如类固醇不必通过细胞破碎提取。大多数情况下，产物还是包裹在生物体内，属胞内产物。使胞内产物释放出来一般需要破碎细胞壁，细胞破碎的方法在生物化学领域中得到了很广泛的运用，但多数在小规模生产中，在大规模生产，尤其是基因工程中应用极少。4.1节回顾一下细胞壁的结构。从中可知，在大规模生产中，细胞破碎方法是十分有用的。将这些方法划分为两大类，化学法和机械法，表4.0-1中已经列出。化学法我们将在4.2节作详细介绍，有渗透冲击法、表面活性剂增溶法或有机溶剂溶解法。这些化学法较温和，细胞破坏后产物也不会不可逆的变性，规模也容易放大：如果需要

3、处理10倍量的生物有机体，只需要加入10倍的化学药品剂量。方法技术原理效果成本举例化学法渗透冲击渗透压破坏细胞温和便宜血红细胞的破坏酶消化法细胞壁被消化，使细胞破碎温和昂贵增溶法表面活性剂溶解细胞壁温和适中胆盐作用于大肠杆菌脂溶法有机溶剂溶解细胞壁并使之失稳适中便宜甲苯破碎酵母细胞碱处理法碱的皂化作用使细胞壁融解剧烈便宜表4.0-1.细胞化学破碎法方法技术原理效果成本举例机械法匀浆法（片型）细胞被搅拌器劈碎适中适中动物组织及动物细胞研磨法细胞被研磨物磨碎适中便宜超声波法用超声波的空穴作用使细胞破碎适中昂贵细胞悬浮液小规模处理匀浆法（孔型

4、）须使细胞通过的小孔，使细胞受到剪切力而破碎剧烈适中细胞悬浮液大规模处理珠磨破碎法细胞被玻璃珠或铁珠捣碎剧烈便宜细胞悬浮液和植物细胞的大规模处理表4.0-1.细胞物理破碎法4.3节机械法主要有匀浆法和研磨法。这两种方法中，细胞通过高的机械剪切力被破坏。热量的产生是该法的一个缺点，而且不容易规模放大:如果一种方法可以在实验室规模下操作，我们并不知道这种方法是否在大规模生产中可行。所以，这部分内容仅作为实验的指导，而不是工程分析。※4.1CellMembranes细胞膜原核生物细胞结构中没有细胞核：基因物质位于单链DNA上。典型的生物是大肠

5、杆菌，是生物技术研究的主体。通过这种细胞生产了很多细胞重组的产物。革兰氏阴性细胞结构如图4.1-1所示。有三层：最外层约8mm厚，酶大多数镶嵌在这层膜上。革兰氏阳性原核生物缺少最外层结构，但有第二层肽聚糖层和胞浆空间。第三层为浆膜层或内膜层，革兰氏阴性菌和革兰氏阳性都有这一结构，该层主要由磷脂组成，还有分散的蛋白质分子和金属离子。Gram-negativeprocaryotes革兰氏阴性原核生物（E.coli）磷脂分子由疏水和亲水基团组成。疏水基团尾部有两烷基基团，亲水基团头部有两性基团，或者说是醇基，在内膜层中，磷脂的尾部聚集在一起，

6、头部暴露在水中，如图4.1-2所示，形成磷脂双分子层。细胞膜结构这三层有不同功能。外层及肽聚糖层使细胞有一定的机械强度；破坏该层是本章讨论的重点。浆膜层和细胞内膜控制细胞的渗透压，即将营养物质运送到细胞内，将代谢物排出胞外。细胞膜内部包含的物质称为细胞质，它是一种液态的溶液，溶有很多盐、糖、氨基酸和生物聚和物。生物聚和物包括蛋白质、酶、RNA、DNA。一些自然生长的细胞中蛋白质都溶解在细胞质中，在一些基因控制细胞中，合成的过量蛋白质在胞浆中沉降。有时细胞壁的目的就是为了获得蛋白质，有时则为了使细胞释放出特殊的酶。真核细胞，具有真正的细胞

7、核，其结构要比原核生物复杂的多，以图4.1-3中所示的酵母菌为例，和原核细胞一样真核细胞也具有一层细胞膜。动物细胞植物细胞模式图真核生物的细胞膜中含有固醇，而原核生物中没有。除了细胞膜，真核细胞具有一些有特殊作用的细胞器。每个细胞器也都由一层膜包着与原核细胞的内膜浆膜层比较类似。真核生物的结构复杂并不反映其性质也很复杂。※4.2CHEMICALMETHODS化学方法表4.0-1介绍了主要的几种化学方法，有渗透冲击法，表面活性剂增溶法、脂溶法。首先简单的介绍一下酶消化法和碱处理法。酶消化法和碱处理法都是细胞破碎的有效方法，但是也都有各自的

8、缺点。酶消化法的缺点在于酶的价格昂贵限制了在大规模生产中的使用，虽然条件温和、具有选择性。细胞悬浮液中加入酶能迅速和细胞壁反应并破坏它们。酶选择性的催化细胞壁反应，不破坏细胞内的其它物质。碱处理法和酶消化法