细胞的破碎分析
生物分离工程5(细胞破碎技术)
01
02
03
04
生物制药
用于提取和分离药物、蛋白质 、酶等生物制品。
食品工业
用于提取植物和动物细胞中的 营养成分，如植物油、动物蛋
白等。
环境科学
用于处理废水中的有害物质， 如重金属、有机污染物等。
农业领域
用于提取植物细胞中的有用成 分，如植物激素、天然色素等
。
02
细胞破碎技术的基本原理
物理法
01
表面活性剂法
利用表面活性剂改变细胞 壁的通透性，使细胞内容 物释放出来。
有机溶剂法
利用有机溶剂如丙酮、乙 醇等溶解细胞壁，使细胞 内容物释放出来。
生物法
酶解法
利用酶如溶菌酶、蛋白酶等将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细菌分泌的蛋白酶
利用某些细菌分泌的蛋白酶将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细胞破碎技术的历史与发展
最早的细胞破碎技术可以追溯到19世纪末，当时人们开始使用机械研磨法破碎细胞。
随着科技的发展，出现了多种新型的细胞破碎技术，如超声波破碎、高压均质破碎、 化学渗透压破碎等。
近年来，随着生物技术的快速发展，细胞破碎技术也在不断改进和完善，以满足更 高效、环保和低成本的需求。
细胞破碎技术的应用领域
细胞破碎过程需要消耗大量的能量，这可能导致生产成本的增
加。
可能引起样品污染
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在破碎过程中，如果设备或条件控制不当，可能会引起样品的
交叉污染或样品中原有成分的降解。
对细胞的损伤
03
高强度的破碎条件可能会对细胞内部结构造成损伤，影响后续
的分离和提取过程。
04
细胞破碎技术的应用案例
在制药行业中的应用
第四章 细胞破碎和分离技术
（一）双水相分离技术 1、双水相体系简介
1896年，荷兰微生物学家Beijerinck发现
明胶
琼脂（或可溶性淀粉）
传统的双水相体系是指高聚物双水相体系
憎水程度有所差异
2、常用双水相体系 （1）聚乙二醇(PEG)/葡聚糖； （2）聚乙二醇(PEG)/盐相（硫酸盐或者磷酸盐）
聚乙二醇(PEG) 无毒、无刺激性，具有良好的水溶性
洋葱质壁分离
2、冷冻-融化法
（1）方法：将细胞放在低温下冷冻，然后在 室温中融化，反复多次而达到破壁作用。
（2）原理：一方面破坏细胞膜的通透性，另 一方面胞内水结晶，形成冰晶粒，细胞液浓度 增高引起细胞溶胀而破裂。
大肠杆菌：可用液氮/37℃反复冻融法破壁
适用于细胞壁较脆弱的菌体，需反复 多次，速率慢，产量低，在冻融过程 中可能引起某些蛋白质变性。
举例
珠磨法 固体剪切作用 便宜 大规模处理
高压匀浆法 液体剪切作用 适中 大规模处理 超声波法 液体剪切作用 昂贵 小规模处理
（二）物理法 1、渗透压冲击法 2、冷冻-融化法
1、渗透压冲击法（最温和）
将细胞放在高渗溶液中（如高浓度蔗糖溶液），由 于渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发 生收缩，当达到平衡后，将细胞转入水或低渗缓冲 液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入 胞内，引起细胞快速膨胀而破裂。 仅适用 2、酸处理 3、化学试剂法
1、碱处理 pH值=11.5---12.5碱处理可导致细胞溶解。
优点：价格便宜，适于任何规模 的操作，易使蛋白使活。
2、酸热法
盐酸对细胞壁中的某些成分（主要是多糖和 蛋白质）的水解作用，使细胞壁结构变疏松， 同时经沸水浴处理，细胞吸水膨胀破裂。
缺点：破壁效果差，后续处理难除HCl。
细胞破碎的技巧
细胞破碎的技巧
细胞破碎是一种常用的实验技术，用于释放和提取细胞内的蛋白质、DNA、RNA 等物质。
下面是一些常用的细胞破碎技巧：
1. 震荡法：使用震荡器或振荡器将细胞在缓冲液中震荡破碎。
这种方法适合于破碎较小数量的细胞，效果较轻微。
2. 超声波破碎法：使用超声波振荡器将细胞暴露在超声波中，超声波的能量对细胞进行破碎。
这种方法可以快速高效地破碎大量的细胞。
3. 高压法：利用高压机或高压均质器将细胞通过高压作用破碎。
这种方法适用于比较坚硬的细胞或细胞壁较厚的细胞。
4. 冷冻破碎法：将液氮浸入细胞悬液中，使细胞迅速冷冻，然后用玻璃杵或超声波破碎器打碎冷冻的细胞。
这种方法适用于需要保留细胞内部结构的实验。
5. 酶解法：使用特定的酶来破坏细胞壁或细胞膜，使细胞释放出内部的物质。
这种方法适用于特定的细胞类型和实验目的。
不同的细胞类型和实验目的可能需要不同的破碎方法，因此选择合适的方法是十分重要的。
此外，为了最大限度地保留目标物质的完整性和活性，选择合适的缓
冲液和温度条件也是非常重要的。
微生物细胞的破碎及破碎率测定1
（1） 研磨法
研磨：将细胞悬液与玻璃珠、石英砂或氧化铝一起快速 搅拌或研磨，使细胞破碎。
实验室设备：Mickle高速组织捣碎机和Braun匀浆器， 利用玻璃小珠撞击微生物细胞而破碎。
主要缺点：温度迅速升高，需冷却。 另外，较大量的细胞可用胶质磨来处理。
4. 超声波在液体中起空穴作用，使液体温度会快速 升高，可采用短时间的多次破碎，同时可补加冰 浴冷却。
思考题
1. 细胞破碎的方法有哪些？ 2. 超声波破碎细胞时应注意的问题是什么？ 3. 计算本次实验细胞破碎的破碎率。
实验步骤
1、研磨法
• 细胞培养和收集：将活化菌种接入肉汤液体培养基中， 37℃振荡培养。当到达对数少长期后(约18h)，用离心 机收集细胞，3500rpm离心20min。
• 菌体悬液的制备；取湿细胞5-10g悬浮于30ml细胞破碎 缓冲液中。
• 研磨：在研钵中加入适量石英砂，与菌悬液混合，研 磨10min。
• 超声波破碎： 800W，工作6s，间歇6s，破碎75次。 • 破碎率的测定：革兰氏染色法（初染1’、媒染1’、
脱色20-30’’、复染4’）、镜检计数。
3、酶解法
• 细胞培养和收集：将活化的巨大芽孢杆菌种接入肉汤 液体培养基中，37℃振荡培养。当到达对数少长期后 (约18h)，用离心机收集细胞，3500rpm离心20min。
例如，破碎的革兰氏阳性菌常可染色成阴性菌的颜 色，利用革兰氏染色法未受损害的酵母细胞呈现紫色， 而受损害的酵母细胞呈现亮红色。
（2）测定释放的蛋白质量或酶的活力
测定悬浮液中细胞内含物的增量来估算破碎率。 通常将破碎后的细胞悬浮液离心，测定上清液中 蛋白质的含量或酶的活力，并与100％破碎所获得的 标准数值比较。
细胞破碎方法综述
细胞破碎方法综述细胞破碎是生物学研究中一个常用的实验步骤，通过破坏细胞的结构和膜以释放细胞内部的物质和分子。
细胞破碎方法的选择取决于目标细胞类型、破碎效果和需要分析的分子。
以下是一些常用的细胞破碎方法的综述：1.高渗溶液法：高渗溶液法利用高渗溶液破坏细胞膜，使细胞的内容物释放出来。
常用的高渗溶液包括高盐溶液（如盐溶液、磷酸盐缓冲液）、高糖溶液和高pH溶液。
该方法适用于真核细胞和原核细胞的破碎，但对于一些细胞结构较为完整的细胞类型，可能需要较高的渗透压才能有效破碎。
2.壁断法：壁断法主要适用于植物细胞的破碎。
该方法利用机械切割、研磨或破碎细胞壁，使细胞的内容物释放出来。
常用的壁断法包括搅拌法、研磨法和超声波破碎法。
搅拌法通过搅拌或磨碎细胞悬液来破坏细胞壁；研磨法利用研钵、研磨棒等器械来破碎细胞壁；超声波破碎法利用超声波的高能量和高频率来破坏细胞壁。
3.酶解法：酶解法利用特定的酶来破坏细胞膜或其他细胞组分。
常用的酶包括蛋白酶、核酸酶和脂肪酶。
例如，蛋白酶可以用来降解细胞膜上的蛋白质，使细胞内容物释放出来；核酸酶可以用来降解细胞内的核酸，以便进一步分析DNA或RNA。
4.冷冻破碎法：冷冻破碎法适用于研究细胞膜和细胞器的内部结构。
该方法通过快速冷冻样本，然后在低温下破裂细胞，使细胞结构得以保持。
常用的冷冻破碎方法有冷冻磨碎法和冷冻切片法。
冷冻磨碎法利用超低温物质（如液氮）将细胞样品研磨成粉末，然后将粉末进行分析；冷冻切片法则是将细胞样品冷冻后，使用特殊的切片机将样品切成薄片，以便在电子显微镜下观察。
需要注意的是，选择适当的细胞破碎方法不仅能够高效地破碎细胞并释放目标分子，还要尽量减少可能引起蛋白质、核酸等分子降解或损坏的因素。
因此，在选择细胞破碎方法时，还需要根据研究需求仔细考虑不同方法的优缺点，并在实验中进行优化。
浅谈常用细胞破碎方法
浅谈常用细胞破碎方法随着生物技术的逐渐发展，生物所产生的各种代谢产物也逐渐被人们发现其有用的一面，但是在获得目的产物过程中，往往因为不同产物所处的生物个体不同，造成了个体差异性，所以为了获得大量，不被破坏的产物，往往针对不同生物个体选用不同的细胞破碎技术来做预处理。
现将几年来一直常用的细胞破碎技术介绍一下：关键词：细胞破碎机械法酶法（一）细胞破碎的定义1.细胞破碎（cell rupture）技术:利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。
2.破碎各种细胞的主要阻力：2.1破碎细菌细胞的主要阻力：肽聚糖网状结构的致密程度和强度，取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的程度;2.2 破碎酵母细胞的阻力:葡聚糖交联的紧密程度和它的厚度;2.3 破碎霉菌细胞的阻力:葡聚糖网状结构的交联度,几丁质或纤维素的纤维状结构。
(二) 细胞破碎的方法1.机械法1.1高压匀浆破碎法（homogenization）高压匀浆器（High pressure homogenizer）操作原理：在高压下迫使细胞浆液在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。
操作方式：单次或多次循环出口温度：20℃左右压力：55－70Mpa适用范围：酵母和大多数细菌细胞的破碎。
料液细胞浓度：20%左右。
☆团状和丝状菌，不宜使用。
注意事项：（1）操作温度：↑２－３℃/10MPa（2）对料液作冷却处理。
（3）多组破碎操作中需要在级间设置冷却装置可有效防止温度上升，保护产物活性。
（4）较易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性菌以及有些亚细胞器，质地坚硬，易损伤匀浆阀，也不适合该法处理【1】。
1.2珠磨机研磨珠磨机研磨：将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起快速搅拌，使细胞获得破碎。
工作原理：细胞的破碎是由剪切力层之间的碰撞和磨料的滚动而引起，磨室配有冷却夹套。
注意事项：操作参数较多，一般凭经验估计并且珠子之间的液体损失30%左右。
第十六章_细胞的破碎
植物细胞细胞壁的化学组成 组分
纤维素
结构和分类
β－1，4－D－葡聚糖 木葡聚糖 甘露聚糖 木聚糖
半纤维素
果胶物质 蛋白质
半乳糖醛酸聚糖 、 鼠李半乳糖醛酸聚糖 半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖 结构蛋白 各种酶类 凝集素
组织捣碎匀浆机
3.3 细胞壁的破碎 3.3.1 破碎率的评价
N0 N Y (%) 100% N0
机械法的缺点：
需要高的能量并且产生高温和高的剪切 力，容易使不稳定产品变性失活。
产物非专一，产生微粒尺寸范围大，分 离困难。
二、非机械法
①酶溶破碎法（enzyme lysis） ②化学破碎法（chemical treatment） ③渗透压冲击破碎法（osmotic shock） ④冻融破碎法（freezing and thawing） ⑤干燥破碎法（drying ）
②高压匀浆破碎法
操作原理:
原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀， 由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎， 细胞悬浮液自高压室针形阀喷出时，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。
超声波破碎的机理
在相当高的输入声能下，液体各个成核部位会形
成许多小气泡。在声波膨胀相中，这些气泡会增
大，而在压缩相中气泡会被压缩，直至不能再压 缩时，气泡破裂，释放出猛烈的震波。震波通过
介质传播。在气泡发生空穴现象的破碎期间，大
量声能被转化成弹性波形式的机械能，引起局部
的剪切梯度使细胞破碎。
3.3.2 细胞破碎的方法
目前已发展了多种细胞破碎方法，以便适应不同 用途和不同类型的细胞壁破碎。 破碎方法可规纳为机械法和非机械法两大类。
生物分离工程 第4章-细胞的破碎-
细胞壁的组成与结构
微生物 壁厚/nm 层次 主要组成 革兰氏阳性 细菌 20~80 单层 肽聚糖（40 ％～90％）、 多糖、胞壁 酸、蛋白质、 脂多糖（1 ％～4％） 革兰氏阴性 细菌 10~13 多层 酵母菌 100~300 多层 霉菌 100~250 多层
肽聚糖（5 葡聚糖（30 多聚糖（80 ％～10％） ％～40％） ％～90％） 脂类、蛋白质 脂蛋白、脂 甘露聚糖 多糖（11 （30％）、 ％～22％） 蛋白质（6 磷脂、蛋白 ％～8％）、 质 脂类（8.5 ％～13.5）
n
为了研究细胞的破碎，提高其破碎率，有必要了解各种微 生物细胞壁的组成和结构。
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第一节 细胞壁的组成与结构
微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞 壁里面是细胞膜，动物细胞没有细胞壁，仅有 细胞膜。 通常细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压 冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于 细胞壁。 不同细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞 壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就 不同。
在细胞内沉积。 脂类物质和一些抗生素包含在生物体中。
对于胞内产物需要收集菌体或细胞进行破碎。
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细胞破碎的必要性
表1 胞内酶举例
酶 L-天冬酰氨酶 过氧化氢酶 胆固醇氧化酶 β-半乳糖苷酶 葡萄糖氧化酶 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 来源 Eruinia Caratovora Escherichia Coli Aspergillus niger Nocardia hodochrous Kluyveromyces fragilis Saccharomyces lactis Aspergillus niger Penicilluim notatum Yeast 应用范围 治疗急性淋巴癌 牛奶灭菌后H2O2的清除 胆固醇浆液分析 在牛奶/乳清中乳糖的水解 作用 葡萄糖浆液分析 食品中氧的清除 临床分析
渗透冲击破碎法 细胞破碎
渗透冲击破碎法是较温和的破碎方法。
将细胞放在高渗透压的溶液中（如一定浓度的甘油或蔗糖溶液），由于渗透压的作用，细胞内水分便向外渗透，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀而破裂。
细胞破碎的原理是渗透冲击和膨胀-破裂的共同作用，可适用于组织或亚显微结构颗粒，也可用于微生物细胞，还可作为软物质力学、胶体化学、生物物理学研究中的模型颗粒，具有可逆性，但该方法不适用于具有坚固外壳的细胞（如植物细胞）以及有大量细胞内含物的细胞（如酵母）。
渗透冲击破碎法的主要缺点是破碎率低，需要反复进行才能获得一定量的破碎细胞，且破碎效果与细胞种类、操作条件有关。
细胞破碎_实验报告
一、实验目的1. 掌握细胞破碎的基本原理和方法。
2. 学习并运用不同的细胞破碎技术。
3. 观察细胞破碎效果，分析不同破碎方法对细胞内物质释放的影响。
二、实验原理细胞破碎是指利用物理、化学或生物方法破坏细胞膜，使细胞内容物释放出来。
细胞破碎技术在生物医学、生物化工等领域具有广泛的应用。
常用的细胞破碎方法包括机械破碎、化学破碎、超声波破碎等。
三、实验用品1. 细胞悬液（大肠杆菌、酵母细胞等）2. 破碎器械（玻璃匀浆器、超声破碎仪等）3. 破碎剂（洗涤剂、酶等）4. 试剂（细胞裂解液、PMSF、蛋白酶抑制剂等）5. 仪器（显微镜、离心机、分光光度计等）6. 其他（吸管、试管、培养皿等）四、实验内容与方法1. 机械破碎法（1）将细胞悬液置于玻璃匀浆器中，加入适量细胞裂解液。
（2）使用玻璃匀浆器快速上下搅拌，使细胞破碎。
（3）将破碎后的细胞悬液转移至离心管中，离心分离细胞碎片和细胞内物质。
2. 化学破碎法（1）将细胞悬液置于试管中，加入适量洗涤剂和PMSF。
（2）轻轻振荡混合，使细胞膜破裂。
（3）将破碎后的细胞悬液转移至离心管中，离心分离细胞碎片和细胞内物质。
3. 超声破碎法（1）将细胞悬液置于超声破碎仪的样品杯中。
（2）开启超声破碎仪，调整超声功率和作用时间，使细胞破碎。
（3）将破碎后的细胞悬液转移至离心管中，离心分离细胞碎片和细胞内物质。
4. 观察细胞破碎效果（1）取少量破碎后的细胞悬液，在显微镜下观察细胞碎片和细胞内物质。
（2）使用分光光度计测定细胞内物质的浓度，分析不同破碎方法对细胞内物质释放的影响。
五、实验结果与分析1. 观察细胞破碎效果通过显微镜观察，发现机械破碎法、化学破碎法和超声波破碎法均能有效地破碎细胞，细胞碎片和细胞内物质分离良好。
2. 分析不同破碎方法对细胞内物质释放的影响（1）机械破碎法：细胞内物质释放较少，可能由于细胞膜较厚，机械破碎效果较差。
（2）化学破碎法：细胞内物质释放较多，洗涤剂能有效地破坏细胞膜，使细胞内容物释放。
细胞破碎的技巧
细胞破碎的技巧细胞破碎（cell lysis）是实验室中常见的操作，目的是将细胞破裂释放细胞内容物，以便进行后续实验，如蛋白质提取、DNA/RNA提取等。
细胞破碎的技巧主要有机械破碎、化学破碎和生物学破碎等多种方法。
一、机械破碎1. 高压均质法：使用高压均质机对细胞进行破碎，将细胞悬浮液通过小孔或喷嘴，使细胞迅速受到高速液流和切割作用，从而实现细胞破碎。
此法适用于较硬的细胞，如细菌等。
2. 超声波破碎法：利用超声波产生的剧烈涡流和液体物理性质变化，使细胞迅速破裂。
应注意控制超声波功率和时间，以避免样品过热和损伤。
3. 球磨破碎法：将含有细胞的样品与玻璃或金属珠放入球磨研钵中，并用球磨研钵进行高速摩擦研磨，利用机械力使细胞破碎。
此法适用于软组织以及大量样品。
二、化学破碎1. 胶酶破碎法：将含有细胞的样品用适量的含有胶原降解酶的缓冲液处理，利用胶原降解酶分解细胞间质蛋白，使细胞破裂。
此法适用于软组织和动物组织。
2. 高温破碎法：将含有细胞的样品置于高温中进行热处理，使细胞质膜破裂。
此法适用于耐高温的菌株和细胞。
3. 低温冻融破碎法：将含有细胞的样品在液氮中预冷，然后迅速置于高温水浴中进行冻融循环，使细胞破裂。
此法适用于一些敏感细胞。
三、生物学破碎1. 厌氧破碎法：由于一些细菌或真菌在缺氧条件下生长，在其细胞膜上富含氧化亚氮酸盐酶，可以将细胞膜破裂。
2. 超声波破碎法：有些细菌的外膜结构相对较弱，在超声波的作用下容易破裂。
3. 冻融破碎法：一些细菌在冻融过程中由于细胞膜的合并作用不够强，容易破裂。
4. 酶处理法：利用胶原酶、丝氨酸酶等刺激性酶类物质，可引起细胞质膜和细胞壁的变性与解聚，从而使细胞破裂。
在实际操作中，需要根据不同实验的要求选择适合的细胞破碎方法，并注意以下几点：1. 样品处理：样品中的细胞应尽可能保持完整，不受损伤或降解，避免过度搅拌或过高的温度处理，以保持样品的完整性。
2. 温度控制：在进行细胞破碎时，对于需要保持活性的细胞内容物，如酶、蛋白质等，应注意控制温度以避免失活。
微生物细胞的破碎
1. 珠磨法（Bead mill）
• 原理： 进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小 珠、石英砂、氧化铝等研磨剂（直径小于 1mm）一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠 子与细胞之间的相互剪切、碰撞使细胞破 碎，释放出内含物。在株液分离器的协助 下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出从 而实现连续操作。破碎中产生的热量一般 采用夹套冷却的方式带走。
2.渗透压法（Osmotic pressure）
• 将细胞放在高渗透压的介质中（如一定浓 度的甘油或蔗糖溶液），达平衡后，转入 到渗透压底的缓冲液或纯水中，由于渗透 压的突然变化，水迅速进去细胞内，引起 细胞溶胀，甚至破裂。
仅适用于细胞壁较脆弱的细胞或细胞壁预 先用酶处理或在培养过程中加入某些抑制 剂（如抗生素等），使细胞壁有缺陷，强 度减弱。
• 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。
（1）表面活性剂
• 表面活性剂可促使细胞某些组分溶解，其 增溶作用有助于细胞的破碎。 Triton X-100(聚乙二醇辛基苯基醚) 是一种 非离子型表面活性剂（或称去污剂）。分 子量为646.86（C34H62O11）。它能溶解 脂质，以增加抗体对细胞膜的通透性。 牛黄胆酸钠 十二烷基硫酸钠(K12 化学式： C12H25―OSO3Na具有去污、乳化和优异 的发泡力。是一种无毒的阴离子表面活性 剂。
产物抑制的存在。
（2）自溶法（Autolysis）
诱发微生物产生过剩的溶胞酶或激发自身溶胞 酶的活力，以达到细胞自溶的目的。
影响自溶过程的主要因素有温度、时间、pH 值、激活剂和细胞代谢途径等。
缺点：对不稳定的微生物，易引起所需蛋白质 的变性，自溶后细胞悬浮液粘度增大，过滤速
机械法进行细胞破碎的机理
机械法进行细胞破碎的机理
机械法进行细胞破碎是一种常用的细胞破碎方法，主要通过机械力的作用使细胞破碎。
具体的机理如下：
1. 剪切力：应用高速旋转的刀片、搅拌器或珠磨机等设备，通过不断的剪切细胞，从而破碎细胞膜和细胞壁，使细胞内容物暴露出来。
2. 压力力：通过高压或大变形力作用于细胞，使细胞的结构发生破坏，从而破碎细胞。
常用的方法包括高压破碎器、高压均质器等。
3. 振动力：利用振动的机械力对细胞进行破碎。
振荡器、超声波破碎器等设备可以通过产生高频率的振动波，使细胞发生破碎。
4. 研磨力：将细胞样品与磨料（如玻璃珠）放置在研磨容器中，在机械力的作用下，研磨珠对细胞样品进行摩擦或冲击，从而使细胞破碎。
综上所述，机械法进行细胞破碎主要依靠机械力对细胞进行剪切、压力、振动或研磨，从而破碎细胞膜、细胞壁和细胞结构，使细胞内部的物质暴露出来。
细胞的破碎名词解释
细胞的破碎名词解释细胞，作为生物体的基本组成单位，是生命存在和运作的基石。
然而，当细胞发生破碎时，也会引发一系列的复杂反应和生理变化。
本文将对细胞破碎所引发的一些重要现象进行解释和探讨。
细胞破碎，顾名思义，是细胞壁或膜的破裂，导致细胞内部的有机和无机物质散布到周围环境中。
这种破碎可以由外力作用、生物活动、疾病等多种因素引起。
当细胞破碎发生时，可以观察到许多有趣的现象和变化。
首先，细胞的破碎会导致释放细胞内部的胞内器官。
细胞内部的胞器官包括核糖体、线粒体、内质网等，它们在细胞内扮演着重要的角色。
而当细胞发生破碎时，这些胞器官会被释放到周围环境中。
这些被释放的胞器官可以提供重要的信息，并可能引发一系列的细胞应激反应。
其次，细胞破碎还会释放细胞内的胞质成分。
胞质是细胞内部的胶状物质，其中包含了丰富的营养物质和代谢产物。
当细胞发生破碎时，这些胞质成分会迅速散布到周围环境中，被周围细胞或微生物吸收和利用。
这在一定程度上促进了物质的循环和再利用，对生态系统的稳定发挥了积极作用。
此外，细胞破碎还会引起一系列的细胞死亡和疾病发生。
当细胞丧失完整的细胞膜或壁时，细胞的内外环境无法有效分离，导致细胞内外物质的混合。
这种混合可能导致细胞内产生有害的化学反应，进而加速细胞死亡及疾病的发展。
细胞破碎也为一些外来病原体提供了进入细胞的途径，增加了生物感染和疾病传播的风险。
除了上述现象外，细胞破碎还可能引发一系列信号传导和免疫反应。
当细胞破碎发生时，细胞内部的信号分子和细胞标识物会被释放到外部环境中。
这些信号分子可以激活周围细胞的反应，引发免疫反应和炎症过程。
这种反应有助于清除和消除细胞破碎产生的有害物质，保护组织和器官的正常功能。
总之，细胞的破碎是一个复杂而多变的过程，涉及到许多生理与病理过程。
从细胞内部结构的释放，到物质的循环利用，再到细胞死亡和疾病发生，以及信号传导和免疫反应，都是细胞破碎所带来的重要变化和现象。
对于这些变化的深入研究可以揭示细胞的功能和疾病的本质，为人们的健康提供更好的保障和解决方案。
细胞破碎的实验室方法
酶解法破碎酵母细胞【实验目的】练习细胞破碎的各种方法，比较各种方法的优劣。
【实验原理】随着重组DNA 技术得到广泛应用以来，生物技术发生了质的飞跃。
很多基固工程产物都是胞内物质，必须将细胞破壁。
使产物得以释放。
才能进一步提取，因此细胞破碎是提取胞内产物的关键步骤。
破碎方法的得当与否，直接影响到所提取产品的产量、质量和生产成本。
我们就介绍一下酶解法的实验操作。
酶解法：利用不同水解酶，如溶菌酶、纤维素酶、蜗牛酶和酯酶等，于37℃，pH8，处理15分钟，可以专一性地将细胞壁分解，释放出细胞内含物，此法适用于多种微生物。
例如从某些细菌细胞提取质粒DNA时，可采用溶菌酶（来自蛋清）破细胞壁，而在破酵母细胞时，常采用蜗牛酶（来自蜗牛），将酵母细胞悬于0.1mmol/L 柠檬酸一磷酸氢二钠缓冲液(pH=5.4)中，加1％蜗牛酶，在30℃处理30分钟，即可使大部分细胞壁破裂，如同时加入0.2％疏基乙醇效果会更好。
此法可以与研磨法联合使用。
【实验材料】(一) 器材:离心机，水浴锅，普通光学显微镜，载玻片，盖玻片，酒精灯，接种环，双层瓶，擦镜纸，量筒，烧杯，移液管。
(二) 试剂(1) 柠檬酸一磷酸氢二钠缓冲液(pH=5.4)。
(2) 蜗牛酶。
(3) 疏基乙醇。
【实验步骤】1.细胞培养和收集将活化酵母菌株接入马铃薯培养基中，于30℃摇床培养。
在对数生长期离心收集细胞，制成湿菌体。
2.细胞的破碎1）取5ml菌液悬液于10ml的1号试管中，再取1%的蜗牛酶于2号试管中。
再取0.2%的疏基乙醇于3号试管中。
2）将三支都放入30℃的水浴中，预热30s后，将装有蜗牛酶的2号试管和装有疏基乙醇的3号试管均倒入盛有菌液的试管中，在水浴中处理30分钟。
3. 取一滴菌液镜检。
取5个视野数出破碎细胞的个数并算出平均值。
对比各种方法的破碎细胞数量。
微生物细胞的破碎
穴清除，特别是应用高的功率时。
(4)、被处理悬浮液的体积
大体积需要高的声能引起强烈涡流和大气泡形成。
(5)、珠粒的体积和直径
添加细小的珠粒，玻璃或者钢制的，不仅对空穴的 形成有帮助，而且产生辅助 “研磨”效应，从而提 高破碎效率。
在相同珠粒填充密度下，随着珠粒直径的变化，k存
在最大值。
(6)、探头的形状和材料
结构：最里层是由葡聚糖的 细纤维组成，它构成了细胞壁 的刚性骨架，使细胞具有一定 的形状，中间是一层糖蛋白， 再外面是网状结构的甘露聚糖。 破碎阻力主要决定于壁结 构交联的紧密度和壁厚度。
（三）、其他真菌的细胞壁
大多数真菌的细胞壁主要由多糖组成，其次还含有 较少量的蛋白质和脂类。不同的真菌，细胞壁的组成有 很大的不同，其中大多数真菌的多糖壁是由几丁质和葡 聚糖构成。 真菌细胞壁的强度和聚合物的网状结构有关，不仅 如此，它还含有几丁质或纤维素的纤维状结构，所以强 度有所提高。
以达到自溶的目的。
影响因素：有温度、时间、pH缓冲液浓度、细胞代谢 途径等。 方法：微生物自溶常采用加热法或干燥法。
举例： 1、谷氨酸产生菌，可加入0.028mol／L Na2CO3和 0.018mol／L NaHCO3 ，pH10的缓冲液，使成3％的悬浮 液，加热至70C，保温搅拌20分钟，菌体即自溶。 2、酵母自溶温度需在45—50C下保持12—24小时。
压和高速冲击撞击环造成 细胞破碎。
多次循环 对酵母菌等难破碎的及浓度高或处于静止期的细胞， 常采用多次循环。其破碎属于一级反应速度过程，被破碎 的细胞分率符合下式公式：
影响破碎的主要因素：压力、温度和通过匀浆器阀的次数。 压力：升高压力有利于破碎， Brokman研究了能适应于高压 操作的匀浆器，试验表明在约 175MPa的压力下，破碎率可 达100％，但是也有试验表明 当压力超过一定的值后，破碎 率增长得很慢。
细胞破碎效果的检查方法
细胞破碎效果的检查方法摘要：一、引言二、细胞破碎效果的检查方法1.形态观察2.细胞内颗粒物的释放3.细胞膜完整性检测4.细胞活力的测定5.细胞代谢活动的评估三、方法的选择与优化四、结论正文：一、引言细胞破碎在生物学、医学和生物技术领域具有广泛的应用，如细胞提取物制备、基因转染、药物筛选等。
为了确保实验结果的准确性和可靠性，对细胞破碎效果的检查至关重要。
本文将对细胞破碎效果的检查方法进行综述，以期为实验工作者提供参考。
二、细胞破碎效果的检查方法1.形态观察通过光学显微镜观察细胞破碎后的形态变化，如细胞碎片、细胞膜完整性等。
这种方法简单直观，但受限于观察范围和细胞形态的分辨率。
2.细胞内颗粒物的释放检测细胞破碎后细胞内颗粒物的释放，如酶、核酸、蛋白质等。
通过比色法、荧光定量PCR等方法检测，可反映细胞破碎程度。
3.细胞膜完整性检测细胞膜完整性是细胞生存的基础。
通过检测细胞膜上的荧光标记物，如钙离子荧光探针，评估细胞膜的完整性。
4.细胞活力的测定细胞活力是评价细胞破碎后生物活性的一项重要指标。
常用比色法（如MTT法）、荧光法（如CCK-8法）等检测细胞活力。
5.细胞代谢活动的评估细胞代谢活动与细胞生存密切相关。
通过检测细胞内代谢物浓度、酶活性等参数，评估细胞破碎后的代谢活动水平。
三、方法的选择与优化根据实验目的、细胞类型和实验条件，选择合适的方法进行细胞破碎效果的检查。
同时，优化实验条件，如破碎参数、检测方法等，以提高检测准确性。
四、结论细胞破碎效果的检查方法多种多样，实验工作者可根据实际需求选择合适的方法。
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植物细胞壁的结构
对于已生长结束的植物细胞壁可分为初生壁和次生壁 两部分。 初生壁是细胞生长期形成的。初生壁一般较薄（1～ 3μm），富有弹性。 初生壁由多糖和蛋白质构成，多糖主要成分为纤维素、 半纤维素和果胶类物质。纤维素是长链D-葡聚糖，许 多这样的长链形成微纤丝。 微纤丝是构成植物细胞壁的骨架，细胞壁的机械强度 主要来自于微纤丝。
图1 革兰氏菌细胞壁结构图
（a）革兰氏阳性菌 （b）革兰氏阴性菌
酵母的细胞壁结构
最里层是由葡聚糖的细纤维组成，它构成了 细胞壁的刚性骨架，使细胞具有一定的形状； 上面的是一层糖蛋白； 最外层是甘露聚糖，由 1,6- 磷酸二酯键连接 成网状。在该层的内部，有甘露聚糖-酶的复 合物。 破碎酵母细胞壁的阻力主要决定于壁结构交 联的紧密程度和它的厚度。
细胞壁的组成与结构
微生物 壁厚/nm 层次 主要组成 革兰氏阳性 细菌 20~80 单层 肽聚糖（40 ％～90％）、 多糖、胞壁 酸、蛋白质、 脂多糖（1 ％～4％） 革兰氏阴性 细菌 10~13 多层 酵母菌 100~300 多层 霉菌 100~250 多层
肽聚糖（5 葡聚糖（30 多聚糖（80 ％～10％） ％～40％） ％～90％） 脂类、蛋白质 脂蛋白、脂 甘露聚糖 多糖（11 （30％）、 ％～22％） 蛋白质（6 磷脂、蛋白 ％～8％）、 质 脂类（8.5 ％～13.5）
本章的主要内容
常见的细胞壁结构
细胞破碎技术
概述
不同类型细胞生产目标产物的类型：
动物细胞多分泌到细胞外培养液 植物细胞多为胞内产物 微生物（细菌/酵母/霉菌等）胞内、胞外
概述
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发酵液中。
有些目标产物存在于细胞内的。 尤其是由基因工程菌产生的大多数蛋白质是
第三章 细胞的破碎
生物分离过程的一般流程
原料液 预处理和固液分离 细胞－胞内产物 路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲) 复性 细胞破碎 碎片分离 粗分离(盐析、萃取、超过滤等) 纯化(层析、电泳) 脱盐(凝胶过滤、超过滤) 浓缩(超过滤) 精制(结晶、干燥) 路线一 路线二 清液－胞外产物
路线一A
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细胞破碎（cell disruption）技术是指利用外力破坏细 胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来 的技术。 细胞破碎技术是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质 （产品）的基础。 随着重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认 为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产，但是很多产物 是在细胞内表达的。 为了提高细胞的破碎率，有必要了解各种微生物细胞壁的 组成和结构。
植物次生细胞壁
某些植物细胞，当生长停止后，在细胞质和 初生细胞壁之间形成了次生细胞壁。次生壁一般 较厚(4μ m以上)，常有三层组成。 在次生壁中，纤维素和半纤维素含量比初生 壁增加很多，纤维素的微纤丝排列得更紧密和有 规则，而且存在木质素的沉积。 次生壁的形成提高了细胞壁的坚硬性，使植 物细胞具有很高的机械强度。
红面包霉菌细胞壁具有同心圆层 状结构主要存在三种聚合物 最外层 (a) 是α- 和β- 葡聚糖的 混合物， 第2层(b)是糖蛋白的网状结构 第3层(c)主要是蛋白质， 最内层(d)主要是几丁质。
红面包霉菌细胞壁的结构示意图
微生物细胞壁的形状、强度取决于细胞壁的 组成以及它们之间相互关联的程度。 交联程度取决于连接细胞壁网状结构的共价 键。同时，也受到微生物的遗传信息、培养条件、 菌龄、外界环境等的影响。
图2 酵母细胞壁的结构示意图
M—甘露聚糖； P—磷酸二酯键； G—葡聚糖
霉菌的细胞壁
霉菌的细胞壁较厚，主要由多糖组成，其次还 含有较少量的蛋白质和脂类。 不同的霉菌，细胞壁的组成有很大的不同，其 中大多数霉菌的多糖壁是由几丁质和葡聚糖构 成，少数含纤维素。 与酵母和细菌的细胞壁一样，霉菌细胞壁的强 度和聚合物的网状结构有关，不仅如此，它还 含有几丁质或纤维素的纤维状结构，所以强度 有所提高。
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第一节 细胞壁的组成与结构
• 微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞 壁里面是细胞膜，动物细胞没有细胞壁，仅有 细胞膜。 通常细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压 冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于 细胞壁。
不同种类细胞的细胞壁结构和组成不完全相同， 故机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就不 同。
Aspergillus niger
Nocardia hodochrous Kluyveromyces fragilis Saccharomyces lactis Aspergillus niger Penicilluim notatum Yeast
牛奶灭菌后H2O2的清除
胆固醇浆液分析 在牛奶/乳清中乳糖的水解 作用 葡萄糖浆液分析 食品中氧的清除 临床分析
在细胞内沉积。 脂类物质和一些抗生素存在于细胞内部。
对于胞内产物需要收集菌体或细胞进行破碎。
表1 胞内酶举例
酶 L-天冬酰氨酶 来源 Eruinia Caratovora Escherichia Coli 应用范围 治疗急性淋巴癌
过氧化氢酶
胆固醇氧化酶 β-半乳糖苷酶 葡萄糖氧化酶 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶
蔗糖酶
青霉素酰化酶
Saccharomyces Cerevisiae
Escherichia Coli
糖果、蜜饯
苄青霉素的脱酰作用
表2 几种由大肠杆菌表达的胞内重组药物
药物名 胰岛素 人生长激素（HGH） α-干扰素 宿主 大肠杆菌 大肠杆菌 大肠杆菌 用途 治疗糖尿病 治疗侏儒病 治疗毛状细胞白血 病和卡波济肉瘤
细菌细胞壁结构
几乎所有细菌的细胞壁都是 由肽聚糖组成，它是难溶性 的聚糖链； 相邻聚糖链上的短肽又交叉 相联，构成了细胞壁的三维 网状结构，包围在细胞周围；
使细胞具有一定的形状和强 度。
细菌细胞壁结构
破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网状结构， 其网结构的致密程度和强度取决于聚糖链上所存 在的肽键的数量和其交联的程度。网状结构越致 密，破碎的难度越大。 革兰氏阴性菌的细胞壁结构与革兰氏阳性菌有很 大不同。革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳 性细菌的坚固。 革兰氏阴性菌典型的生物是大肠杆菌，通过这种 细胞生产了很多细胞重组的产物。