細胞破碎-“黃岡杯”一等獎

細胞破碎1細胞破碎就是采用物理、化學、酶或機械的方法，在一定程度上破壞細胞壁和細胞膜，設法使胞內(nèi)產(chǎn)物最大程度地釋放到液相中。概念細胞破碎機理圖微生物革蘭氏陽性細菌革蘭氏陰性細菌酵母菌霉菌壁厚/nm20-8010-13100-300100-250層次單層多層多層多層主要組成肽聚糖(40-90%)多糖胞壁酸蛋白質(zhì)脂多糖(1-4%)肽聚糖(5-10%)脂蛋白脂多糖(11-22%)磷脂蛋白質(zhì)葡聚糖（30-40%）甘露聚糖（30%）蛋白質(zhì)(6-8%）脂類(8.5-13.5%)多聚糖（80-90%）脂類蛋白質(zhì)細胞壁的結構和特點細胞破碎的阻力細菌破碎的主要阻力來自于肽聚糖的網(wǎng)狀結構，網(wǎng)狀結構越致密，破碎的難度越大酵母細胞壁破碎的阻力也主要決定于壁結構交聯(lián)的緊密程度和它的厚度霉菌細胞壁中含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結構成熟的植物細胞壁分為初生壁和次生壁細胞的破影響因素物理破碎時影響因素：細胞的大小形狀細胞壁的厚度聚合物的交聯(lián)程度酶法和化學法溶解細胞影響因素：組成結構細胞破碎方法（按是否使用外加作用力）分類作用機理適應性機械法珠磨法固體剪切作用可達較高破碎率，可較大規(guī)模操作，大分子目的產(chǎn)物易失活，漿液分離困難高壓勻漿法液體剪切作用可達較高破碎率，可大規(guī)模操作，不適合絲狀菌和革蘭氏陽性菌超聲破碎法液體剪切作用對酵母菌效果較差，破碎過程升溫劇烈，不適合大規(guī)模操作X-press法固體剪切作用破碎率高，活性保留率高，對冷凍敏感目的產(chǎn)物不適合非機械法酶溶法酶分解作用具有高度專一性，條件溫和，漿液易分離，溶酶價格高，通用性差化學滲透法改變細胞膜的滲透性具一定選擇性，漿液易分離，但釋放率較低，通用性差滲透壓法滲透壓劇烈改變破碎率較低，常與其他方法結合使用凍結融化法反復凍結-融化破碎率較低，不適合對冷凍敏感目的產(chǎn)物干燥法改變細胞膜滲透性條件變化劇烈，易引起大分子物質(zhì)失活分類作用機理適應性物理破碎高壓勻漿法液體剪切作用可達較高破碎率，可大規(guī)模操作，不適合絲狀菌和革蘭氏陽性菌珠磨法固體剪切作用可達較高破碎率，可較大規(guī)模操作，大分子目的產(chǎn)物易失活，漿液分離困難超聲破碎法液體剪切作用對酵母菌效果較差，破碎過程升溫劇烈，不適合大規(guī)模操作滲透壓法滲透壓劇烈改變破碎率較低，常與其他方法結合使用反復凍融法反復凍結-融化破碎率較低，不適合對冷凍敏感目的產(chǎn)物干燥法改變細胞膜的滲透性條件變化劇烈，易引起大分子物質(zhì)失活X-press法固體剪切作用破碎率高，活性保留率高，對冷凍敏感目的產(chǎn)物不適合化學破碎酶溶法酶分解作用具有高度專一性，條件溫和，漿液易分離，溶酶價格高，通用性差化學滲透法改變細胞膜滲透性具一定選擇性，漿液易分離，但釋放率較低，通用性差細胞破碎的方法（按細胞所受作用）

高壓勻漿法（High-pressurehomogenization）——大規(guī)模細胞破碎的常用方法原理：細胞懸浮液在高壓的作用下從閥座與閥之間的環(huán)隙高速噴出，每秒速度高達幾百米，高速噴出的漿液又射到靜止的撞擊環(huán)上，被迫改變方向從出口管流出。細胞在這一系列高速運動過程中經(jīng)歷了剪切、碰撞及由高壓到常壓的變化，從而造成細胞破碎。高壓勻漿器不宜采用高壓勻漿法的微生物：

易造成堵塞的團狀或絲狀真菌，較小的革蘭氏陽性菌，含有包含體的基因工程菌（因包含體堅硬，易損傷勻漿閥）適用于：微生物細胞和植物細胞的大規(guī)模破碎。

臥式撞擊破碎原理：細胞冷凍后成為剛性球體，再進行高速撞擊而破碎特點：細胞破碎均勻；可通過調(diào)節(jié)載氣壓力控制細胞破碎程度；適用于細胞器（如線粒體、葉綠體）的回收。其原理可能與空穴現(xiàn)象引起的沖擊波和剪切作用有關。

超聲破碎法（Ultrasonication）超生波破碎細胞時的頻率一般為15～20kHz，功率為100～250W，可分為槽式和探頭直接插入介質(zhì)式兩種型式。將細胞放在低溫下突然冷凍而在室溫下緩慢融化，反復多次而達到破壁作用。由于冷凍，一方面使細胞膜的疏水鍵結構破裂，另一方面胞內(nèi)水結晶，使細胞內(nèi)外溶液濃度變化，引起細胞膨脹而破裂。反復凍融法缺點：適用于細胞壁較脆弱的菌體，破碎率較低，需反復多次，此外，在凍融過程中可能引起某些蛋白質(zhì)變性。（6）干燥法氣流干燥真空干燥噴霧干燥冷凍干燥酶溶法化學試劑破碎法外加酶法自溶法表面活性物質(zhì)EDTA螯合劑有機溶劑變性劑2.化學破碎（Chemicalpermeation）（1）酶溶法（EnzymaticLysis）①外加酶法常用的溶酶G+

溶菌酶、適量抑制劑G-

溶菌酶、EDTA放線菌溶菌酶酵母菌β-葡聚糖酶霉菌幾丁質(zhì)酶、植物纖維素酶、半纖維素酶細胞壁溶解酶是幾種酶的復合物某些化學試劑，如有機溶劑、變性劑、表面活性劑、抗生素、金屬螯合劑等，可以改變細胞壁或膜的通透性（滲透性），從而使胞內(nèi)物質(zhì)有選擇地滲透出來。（2）化學試劑破碎法（Chemicalpermeation）該法取決于化學試劑的類型以及細胞壁膜的結構與組成。

用堿處理細胞，可以溶解除去細胞壁以外的大部分組分。酸處理可以使蛋白質(zhì)水解成游離的氨基酸。能溶解細胞壁中的磷脂層，使細胞破壞。有機溶劑變性劑鹽酸胍（Guanidinehydrochloride）和脲（Urea）是常用的變性劑。常用的有機溶劑：丁酯、丁醇、甲苯、二甲苯、氯仿及高級醇等。變性劑與水中氫鍵作用，削弱溶質(zhì)分子間的疏水作用，從而使疏水性化合物溶于水溶液。通用性差