细胞的破碎分析

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


Hale Waihona Puke Baidu
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。
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
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
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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。
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。
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



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。
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）

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。
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。
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
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

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。
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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。