细胞破碎-“黄冈杯”一等奖

细胞破碎1细胞破碎就是采用物理、化学、酶或机械的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产物最大程度地释放到液相中。概念细胞破碎机理图微生物革兰氏阳性细菌革兰氏阴性细菌酵母菌霉菌壁厚/nm20-8010-13100-300100-250层次单层多层多层多层主要组成肽聚糖(40-90%)多糖胞壁酸蛋白质脂多糖(1-4%)肽聚糖(5-10%)脂蛋白脂多糖(11-22%)磷脂蛋白质葡聚糖（30-40%）甘露聚糖（30%）蛋白质(6-8%）脂类(8.5-13.5%)多聚糖（80-90%）脂类蛋白质细胞壁的结构和特点细胞破碎的阻力细菌破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结构越致密，破碎的难度越大酵母细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构成熟的植物细胞壁分为初生壁和次生壁细胞的破影响因素物理破碎时影响因素：细胞的大小形状细胞壁的厚度聚合物的交联程度酶法和化学法溶解细胞影响因素：组成结构细胞破碎方法（按是否使用外加作用力）分类作用机理适应性机械法珠磨法固体剪切作用可达较高破碎率，可较大规模操作，大分子目的产物易失活，浆液分离困难高压匀浆法液体剪切作用可达较高破碎率，可大规模操作，不适合丝状菌和革兰氏阳性菌超声破碎法液体剪切作用对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧烈，不适合大规模操作X-press法固体剪切作用破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏感目的产物不适合非机械法酶溶法酶分解作用具有高度专一性，条件温和，浆液易分离，溶酶价格高，通用性差化学渗透法改变细胞膜的渗透性具一定选择性，浆液易分离，但释放率较低，通用性差渗透压法渗透压剧烈改变破碎率较低，常与其他方法结合使用冻结融化法反复冻结-融化破碎率较低，不适合对冷冻敏感目的产物干燥法改变细胞膜渗透性条件变化剧烈，易引起大分子物质失活分类作用机理适应性物理破碎高压匀浆法液体剪切作用可达较高破碎率，可大规模操作，不适合丝状菌和革兰氏阳性菌珠磨法固体剪切作用可达较高破碎率，可较大规模操作，大分子目的产物易失活，浆液分离困难超声破碎法液体剪切作用对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧烈，不适合大规模操作渗透压法渗透压剧烈改变破碎率较低，常与其他方法结合使用反复冻融法反复冻结-融化破碎率较低，不适合对冷冻敏感目的产物干燥法改变细胞膜的渗透性条件变化剧烈，易引起大分子物质失活X-press法固体剪切作用破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏感目的产物不适合化学破碎酶溶法酶分解作用具有高度专一性，条件温和，浆液易分离，溶酶价格高，通用性差化学渗透法改变细胞膜渗透性具一定选择性，浆液易分离，但释放率较低，通用性差细胞破碎的方法（按细胞所受作用）

高压匀浆法（High-pressurehomogenization）——大规模细胞破碎的常用方法原理：细胞悬浮液在高压的作用下从阀座与阀之间的环隙高速喷出，每秒速度高达几百米，高速喷出的浆液又射到静止的撞击环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。高压匀浆器不宜采用高压匀浆法的微生物：

易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性菌，含有包含体的基因工程菌（因包含体坚硬，易损伤匀浆阀）适用于：微生物细胞和植物细胞的大规模破碎。

卧式撞击破碎原理：细胞冷冻后成为刚性球体，再进行高速撞击而破碎特点：细胞破碎均匀；可通过调节载气压力控制细胞破碎程度；适用于细胞器（如线粒体、叶绿体）的回收。其原理可能与空穴现象引起的冲击波和剪切作用有关。

超声破碎法（Ultrasonication）超生波破碎细胞时的频率一般为15～20kHz，功率为100～250W，可分为槽式和探头直接插入介质式两种型式。将细胞放在低温下突然冷冻而在室温下缓慢融化，反复多次而达到破壁作用。由于冷冻，一方面使细胞膜的疏水键结构破裂，另一方面胞内水结晶，使细胞内外溶液浓度变化，引起细胞膨胀而破裂。反复冻融法缺点：适用于细胞壁较脆弱的菌体，破碎率较低，需反复多次，此外，在冻融过程中可能引起某些蛋白质变性。（6）干燥法气流干燥真空干燥喷雾干燥冷冻干燥酶溶法化学试剂破碎法外加酶法自溶法表面活性物质EDTA螯合剂有机溶剂变性剂2.化学破碎（Chemicalpermeation）（1）酶溶法（EnzymaticLysis）①外加酶法常用的溶酶G+

溶菌酶、适量抑制剂G-

溶菌酶、EDTA放线菌溶菌酶酵母菌β-葡聚糖酶霉菌几丁质酶、植物纤维素酶、半纤维素酶细胞壁溶解酶是几种酶的复合物某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞壁或膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择地渗透出来。（2）化学试剂破碎法（Chemicalpermeation）该法取决于化学试剂的类型以及细胞壁膜的结构与组成。

用碱处理细胞，可以溶解除去细胞壁以外的大部分组分。酸处理可以使蛋白质水解成游离的氨基酸。能溶解细胞壁中的磷脂层，使细胞破坏。有机溶剂变性剂盐酸胍（Guanidinehydrochloride）和脲（Urea）是常用的变性剂。常用的有机溶剂：丁酯、丁醇、甲苯、二甲苯、氯仿及高级醇等。变性剂与水中氢键作用，削弱溶质分子间的疏水作用，从而使疏水性化合物溶于水溶液。通用性差