04第四讲 细胞破碎 [Chapter 4 Cell Disruption]

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第四章细胞破碎和分离技术

第四章细胞破碎和分离技术
“下午两点半”实验 下午两点半:纳豆提取物加入到人工
血栓中; 下午五点半:血栓溶解2厘米
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纳豆的制作 (zhìzuò) 1、泡豆蒸豆 大豆,加水浸泡一夜后,蒸烂。
2、接种纳豆菌 纳豆菌用热水溶解后,加入到大豆中,搅拌均匀,分 装。
3、在恒温下发酵14-36小时
4、后熟(活菌低温休眠) 发酵后,放在冰箱内低温熟成数小时,做好的纳
(3)洗涤 (4)洗脱
(5)柱床再生和清洗
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5、膨胀(péng zhàng)
床的应用 纳豆激酶(jīméi)的分离 提取
纳豆:大豆经纳豆菌发酵而成
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降血压,抗癌 抗氧化,溶血栓
纳豆激酶(jīméi)
1980年,日本心脑血管专家须见洋行博士 (bóshì),从事溶解血栓药物研究工作
1、珠磨法 2、高压匀浆法 3、超声破碎法
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1、珠磨法
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珠磨法原理: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(yīqǐ)快速搅拌或研磨,研磨剂与细 胞之间的互相剪切、碰撞,使细胞破碎,释 放出内含物。
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注意:破碎(pò suì)时要采取冷却
如Streamline介质:在石英砂外表面包裹了一层琼脂

琼脂糖上的功能基团可以被修饰, 提高目标产物的吸附容量
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4、膨胀床的操作(cāozuò)(5个 步骤)
(1)平衡(pínghéng):用平衡(pínghéng)缓冲液让膨 胀床达到平衡(pínghéng),保持一定的膨胀率。
膨胀2倍,吸附性能最好
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。

第四章 细胞破碎..

第四章 细胞破碎..

层次
单层
主要 肽聚糖(40组成 90%)
多糖 胞壁酸 蛋白质 脂多糖(1-4%)
革兰氏 阴性细菌
酵母菌
霉 真菌
10-13 nm
100-300nm
100250nm
多层
多层
多层
肽聚糖 (5-10%) 葡聚糖(30-
多聚糖
脂蛋白
40%)
(80-90%)
脂多糖(11-
甘露聚糖(30%) 脂类
22%)
蛋白质(6-8%) 蛋白质
用超声波的空穴作 适中 用使细胞破碎
须使细胞通过的小 剧烈 孔,使细胞受到剪 切力而破碎
细胞被玻璃珠或铁 剧烈 珠捣碎
昂贵 适中 便宜
细胞悬浮液小 规模处理
细胞悬浮液大 规模处理
细胞悬浮液和 植物细胞的大 规模处理
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※ 2 CHEMICAL METHODS 化学方法
16
n 表4.1-1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。
缺点: ➢溶酶价格高, ➢溶酶法通用性差(不同菌种需选择不同的酶) ➢产物抑制的存在。
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碱处理法和酶消化法相反,反应激烈,不具选择性,而 且较便宜。碱加入细胞悬浮液中后和细胞壁进行了多种 反应,包括使磷脂皂化。
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碱处理法
碱能溶解细胞壁上脂类物质或使某些组 分从细胞内渗漏出来。
成本低,反应激烈,不具选择性。
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n 阳离子表面活性剂主要是烷基胺盐。图4.3-1中的十二烷 基溴胺是典型的例子。它有一个长烷烃链(十六烷基)和 三个甲基,都连接在一个带正电的氮原子上,负离子通常 是卤素,市场上常做洗发剂出售。细胞破碎时条件较温和。

chapter4细胞破碎

chapter4细胞破碎

适中
适中 适中
适中
便宜 昂贵
动物组织及动 物细胞
细胞悬浮液小 规模处理
匀浆法 (孔型)
珠磨破碎 法
须使细胞通过的 小孔,使细胞受 到剪切力而破碎
细胞被玻璃珠或 铁珠捣碎
剧烈
适中
细胞悬浮液大 规模处理
剧烈
便宜
细胞悬浮液和 植物细胞的大 规模处理
1.高压匀浆法(High-pressure homogenization)
破碎细胞的目的就是破坏细胞壁和细胞膜,增加其通透性, 尽可能释放胞内的目标产物。
细胞破碎多用于小规模生产,在大规模生产中应用极少。
4.1 细胞壁
细胞壁:细胞膜强度差,易破碎,细胞壁坚韧,是主要的破碎 阻力,植物细胞和微生物细胞具有细胞壁,破碎难度大,动物 细胞没有细胞壁,破碎难度小。 不同微生物细胞壁具有不同的特性
度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高;很难破碎
植物细胞:具有初生壁,次生壁;次生壁的形的机械强度,很难破
碎。
4.2 化学破碎法
表 4.0-1. 细胞化学破碎法
方法 化学法 技术 渗透冲击 原理 渗透压破坏细胞 效果 温和 成本 便宜 举例 血红细胞的 破坏
实验室规模的细胞破碎设备有Mickle高速组织捣碎机、
Braun匀浆器;
中试规模的细胞破碎可采用胶体磨处理; 在工业规模中,可采用高速珠磨机(瑞士WAB公司和德国 西门子机械公司制造)。
珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。
珠磨法适用于细胞悬浮液和植物细胞的大规模处理。
在珠磨法中,细胞的破碎率也能用一级速率方程式表示:
4. X-press法
将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体,利 用500MPa以上的高压冲击,使冷冻细胞从高压阀小 孔中挤出。细胞破碎是由于冰晶体的磨损,使包埋 在冰中的微生物变形而引起的。 此法主要用于实验室,适应范围广、破碎率高、 细胞碎片粉碎程度低及活性保留率高等优点,但不 适应于对冷冻敏感的生化物质。

细胞破碎(cell disruption)

细胞破碎(cell disruption)

细胞破碎(cell disruption)定义:细胞破碎就是采用一定的方法,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,破碎后的细胞浆液经固液分离除去细胞碎片后,再采用不同的分离手段进一步纯化.1细胞壁的组成和结构微生物细胞壁的化学组成和结构细菌,肽聚糖的网状结构酵母菌:葡聚糖,甘露聚糖,蛋白质真菌:细胞壁更厚植物细胞壁的化学组成和结构初生壁,次生壁具有很高的机械强度2 细胞破碎技术机械法和非机械法2.1机械法机械法主要是利用高压、研磨或超声波等手段在细胞壁上产生的剪切力达到破碎目的.包括高压匀浆法,珠磨法和超声破碎法高压匀浆器影响匀浆破碎的主要因素是压力、温度和通过匀浆器阀的次数。

高压匀浆法的适用范围较广,在微生物细胞和植物细胞的大规模处理中常采用.高速珠磨机(high spced bead mill) 研磨是常用的一种方法,它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。

在工业规模的破碎中常采用高速珠磨机超声波破碎器超声波处理细胞悬浮液时,破碎作用受许多因素的影响,通常声强和振幅影响很大,但强度太高易使蛋白质变性,频率的变化影响不明显:此外介质的离子强度、pH值、菌体的种类和浓度也有很大的影响.超声波振荡过程中遇到的最大问题就是产生的热量不容易驱散,所以影响了它在大规模工业上的应用,但在实验室和小规模生产中是一种很好的方法2.2 非机械法非机械方法很多,包括酶解、渗透压冲击、冻结和融化、干燥法和化学法溶胞等.1)酶解法是利用酶反应,分解破坏细胞壁上特殊的键,从而达到破碎目的。

酶解法可以在细胞悬浮液中加入特定的酶,也可以采用自溶作用。

酶解法的优点是发生酶解的条件温和、能选择性地释放产物、胞内核酸等泄出量少、细胞外形较完整、便于后步分离等;但酶水解价格高,故小规模应用较广.渗透压冲击法冻融法干燥法化学法:采用化学法处理可以溶解细胞或抽提胞内组分。

细胞破碎PPT课件

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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
高压匀浆法中影响细胞破碎的因素:
压力 (工业生产中常用55~70MPa的压力) 循环操作次数(多次循环的操作方法)
破碎率较低,不适合对冷冻敏感目的产 物
条件变化剧烈,易引起大分子物质失活
细胞破碎的方法(按细胞所受作用)
分类
作用机理
适应性
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
物 超声破碎法 理 破 渗透压法 碎
革兰氏阴 性细菌的 外膜
壁膜间隙
革兰氏阴性细菌的细胞壁
O-特异多糖 (O-polysaccharide)
核心多糖(corepolysaccharide)
蛋白质
孔蛋白 类脂A (Lipid A)
(脂多糖)
脂蛋白
磷脂分子
细胞壁的结构和特点
微生物 壁厚/nm
革兰氏阳 革兰氏阴 性细菌 性细菌
20-80
反复冻融法
液体剪切作用
渗透压剧烈改变 反复冻结-融化
对酵母菌效果较差,破碎过程升温剧烈, 不适合大规模操作
破碎率较低,常与其他方法结合使用
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

细胞破碎方法综述

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。

第四章-细胞破碎

第四章-细胞破碎
甘露糖酶、
糖苷酶、
肽键内切酶、
壳多糖酶等
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外加酶法
有时采用几种酶的混合物会产生更好的效果,加 入时需确定相应的次序。
对酵母细胞采用酶法破碎时,先加入蛋白酶作 用蛋白质-甘露聚糖结构,使二者溶解,再加入 葡聚糖酶作用裸露的葡聚糖层,最后只剩下原生 质体,这时若缓冲液的渗透压变化,则细胞膜破 裂,释出胞内产物。
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概述
细胞破碎(cell rupture)技术是指利用外力破 坏细胞膜和细胞壁,使细胞内物质包括目的产 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。
为了研究细胞破碎,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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1 细胞壁结构
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。
使细胞具有一定的形状和强 度。
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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。
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。
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酶消化法和碱处理法都是细胞破碎的有效方法, 但是也都有各自的缺点。
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1 酶解(酶溶法 Enymatic lysis)
酶解是利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞,使细
胞壁受到破坏后,再利用渗透压冲击等方法破
坏细胞膜。
溶菌酶、
1)外加酶法
β-1,3-葡聚糖酶、
β-1,6-葡聚糖酶、
常用的溶酶 蛋白酶、
第四章 细胞破碎

细胞破碎方法课件PPT

细胞破碎方法课件PPT
测定方法
通过离心法或过滤法分离出未破碎细胞和细胞碎片,然后通过显微镜观察或细胞计数器测定细胞数量,计算破碎 率。
蛋白质的提取率
提取率
破碎后可溶性蛋白质占细胞内总蛋白质 的比例,反映了蛋白质的释放和提取效 果。
VS
测定方法
通过考马斯亮蓝法或紫外吸收法测定可溶 性蛋白质的含量,再与细胞内总蛋白质的 含量进行比较,计算提取率。
细胞破碎方法课件
• 细胞破碎概述 • 物理法 • 化学法 • 生物法 • 破碎效果的评估
01
细胞破碎概述
细胞破碎的定义
01
细胞破碎是指通过物理或化学手 段将细胞壁和膜结构破坏,释放 出细胞内含物的过程。
02
细胞破碎是生物制药、生物燃料 、生物化学品等领域中常用的技 术手段,用于获取细胞内含物并 应用于各种生产和研究。
细胞破碎的原理
细胞壁和膜结构的机械性质
细胞壁和膜结构是细胞的保护层,具有抵抗内部压力和维持细胞形态的作用。 通过施加外力或改变环境条件,可以破坏细胞壁和膜结构,实现细胞破碎。
细胞内含物的释放
细胞破碎后,细胞内的水分、离子、有机物等物质会释放出来,这些物质可以 用于提取、分离和纯化等下游操作。
细胞破碎的方法分类
详细描述
通过瞬间释放高压水流或高压气体,使细胞受到强大的冲击力而破碎,这种方法 破碎效率高,但设备成本较高。
03
化学法
酶解法
总结词
利用酶分解细胞膜上的蛋白质或其他成分,使细胞膜破裂, 释放出细胞内的物质。
详细描述
酶解法是一种温和的破碎方法,适用于破碎各种类型的细胞 ,包括动物细胞、植物细胞和微生物细胞。酶解法的优点在 于对细胞内物质的破坏性小,能够保持细胞内物质的生物活 性。常用的酶有蛋白酶、酯酶和糖酶等。

第四章 细胞破碎和分离提取技术 PPT课件

第四章 细胞破碎和分离提取技术 PPT课件
eg.动物细胞和革兰氏阴性菌。 • 细胞于高渗介质中?脱水达到平衡后,迅速将其转置于低
渗透压的水或缓冲液中,水进入细胞使胞壁和胞膜破裂
• 2)冻结-融化法(Freezing and Thawing) • 细胞急剧冻结后在室温缓慢融化,反复操作多次使细胞破
坏,对于存在于细胞质周围靠近细胞膜的胞内产物释放较 为有效
• 原理:干扰素能刺激某些指示细胞(如人羊膜上皮细胞 Wish株、人喉癌细胞株Hep-2等)产生抗病毒蛋白,从而使 细胞免受水疱性口炎病毒(VSV)的攻击,根据待测样品不 同稀释度的保护能力,计算出干扰素生物学活性单位。
• 材料: VSV、Wish细胞、MTT、二甲亚砜(DMSO)、10 %FCS RPMI1640、培养板、培养瓶、CO2孵箱、超净台、 酶标检测仪。
or molarity of the buffer due to common ion effects
方案2
• Choose the buffer(with a pKa as close as possible to the desired pH) • Indentify whether the buffer is made from an acid or a base(buf
珠磨法、压榨法 高压匀浆、超声破碎、撞击法
非机械法
干燥处理 溶胞作用
1)酶溶法 2)化学法 3)物理法
超临界细胞破碎
1、机械方法破碎
• 1)珠磨法(bead milling) :细胞悬浮液与极小的研磨剂如玻 璃小珠、石英砂等一起高速搅拌,细胞与研磨剂之间相互 碰撞、剪切,使细胞达到某种程度破碎,释放内含物
• Before the protein can be isolated, it is necessary to conceive of(确定) an activity and to devise(设计) an appropriate assay.

4细胞破碎PPT课件

4细胞破碎PPT课件

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物理渗透
渗透压冲击法 冻结融化法
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4.3 目标产物的选择性释放
(1) 仅破坏或破碎目标产物 的位置周围
(2) 选择性溶解目标产物
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4.4 破碎率的评价
直接计数 (1)计数器 (2)平板计数 (3)显微镜) 间接计数 (1) 活性测定 (2) 电导率测定
4. 微生物细胞破碎
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1
4.1 细胞的结构与组成
革兰氏阳性菌 革兰氏阴性菌 酵母 真菌
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革兰氏阳性菌细胞壁
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革兰氏阴性细胞壁
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4
酵母细胞壁
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细菌细胞壁化学组成
肽聚糖 糖:
N-乙酰葡萄糖胺, N-乙酰胞壁酸, 半乳糖胺
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包含体溶解与蛋白质的复性
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思考题
1 肽聚糖在细菌细胞壁中起何种作用?革兰 氏阳性菌与阴性菌细胞壁肽聚糖含量有何 差别?
2 溶菌酶溶解细胞壁的机理是什么? 3 如何测定细胞破碎程度?
2021起帮助孩子更好学习, 一起帮助孩子健康成长。
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4.2.1 机械破碎
高压匀浆 珠磨 撞击 超声
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高压匀浆
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白 释 放 方 程
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珠磨
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撞击
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细胞的破碎

细胞的破碎
(四)根据配体特异性的分离方法-亲和色谱法
亲和层析法(aflinity chromatography)是分离蛋白质的一种极为有效的方法,它经常只需经过一步处理即可使某种待提纯的蛋白质从很复杂的蛋白质混合物中分离出来,而且纯度很高。这种方法是根据某些蛋白质与另一种称为配体(Ligand)的分子能特异而非共价地结合。其基本原理:蛋白质在组织或细胞中是以复杂的混合物形式存在,每种类型的细胞都含有上千种不同的蛋白质,因此蛋白质的分离(Separation),提纯(Purification)
2、离子交换层析法
离子交换剂有阳离子交换剂(如:羧甲基纤维素;CM-纤维素)和阴离子交换剂(二乙氨基乙基纤维素;DEAE?FONT FACE="宋体" LANG="ZH-CN">纤维素),当被分离的蛋白质溶液流经离子交换层析柱时,带有与离子交换剂相反电荷的蛋白质被吸附在离子交换剂上,随后用改变pH或离子强度办法将吸附的蛋白质洗脱下来。(详见层析技术章)
蛋白质盐析常用的中性盐,主要有硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠等。其中应用最多的硫酸铵,它的优点是温度系数小而溶解度大(25度时饱和溶液为4.1M,即767克/升;0度时饱和溶解度为3.9M,即676克/升),在这一溶解度范围内,许多蛋白质和酶都可以盐析出来;另外硫酸铵分段盐析效果也比其他盐好,不易引起蛋白质变性。硫酸铵溶液的pH常在4.5-5.5之间,当用其他pH值进行盐析时,需用硫酸或氨水调节。
2、凝胶过滤法
也称分子排阻层析或分子筛层析,这是根据分子大小分离蛋白质混合物最有效的方法之一。柱中最常用的填充材料是葡萄糖凝胶(Sephadex ged)和琼脂糖凝胶(agarose gel)。
(三)根据蛋白质带电性质进行分离

生物分离工程第四章细胞破碎课件ppt

生物分离工程第四章细胞破碎课件ppt
通过破碎细胞,可以释放 细胞内的蛋白质,便于后 续的提取和纯化。
药物生产
在制药工业中,细胞破碎 技术可用于生产各种药物, 如抗生素、疫苗等。
基因工程
细胞破碎是基因工程中的 重要步骤,通过破碎细胞, 可以分离出基因表达产物。
在食品工业领域的应用
பைடு நூலகம்食品添加剂
利用细胞破碎技术,可以 从天然原料中提取出食品 添加剂,如植物色素、天 然香料等。
低温破碎法
总结词
利用低温下细胞膜的通透性增加和脆性增加而破碎
详细描述
低温破碎法是在低温下进行细胞破碎的方法。在低温下,细胞膜的通透性增加, 脆性也增加,因此容易受到外力的破碎。该方法对细胞内物质损伤较小,但需要 控制好温度和时间,以避免对细胞内物质造成不良影响。
03
非机械法细胞破碎
渗透压冲击法
压差循环破碎法
总结词
利用压力差使细胞通过狭窄通道时受到 挤压而破碎
VS
详细描述
压差循环破碎法是利用压力差使细胞通过 狭窄的通道或阀门时受到挤压而破碎。在 高压下,细胞受到较大的流体剪切力和挤 压力,导致细胞壁破裂。该方法破碎效率 较高,适用于大规模生产,但对细胞内物 质损伤较大,且需要针对不同细胞类型选 择合适的压力和循环速度。
化学法
总结词
利用化学试剂与细胞膜发生反应的方法
详细描述
通过使用某些化学试剂,如酸、碱、有机溶剂等,与细胞膜 发生反应,破坏细胞膜的结构和功能,从而使细胞内容物释 放。化学法具有操作简便、适用范围广等优点,但可能会对 细胞造成一定的损伤。
04
细胞破碎的应用
在生物制药领域的应用
01
02
03
蛋白质提取
与纳米技术的结合

细胞破碎

细胞破碎

细胞破碎
概述
虽然几乎所有的细菌都含有肽聚糖的网状结构,但是革兰氏
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 性菌比阳性菌复杂,在电子显微镜超薄切片观察,可见革兰 氏阳性菌细胞壁较厚,具有20~80nm的肽聚糖层,约占细 胞 壁 成 分 的 40 ~ 90 % , 此 外 细 胞 壁 还 含 有 大 量 磷 壁 酸 (eichoic acid)。而革兰氏阴性菌的肽聚糖层较薄,仅2~ 3nm,占细胞壁成分的10%左右,由于肽聚糖之间仅由四肽 侧链直接连接,缺乏五肽桥,故层较疏松,而且肽聚糖居于 细胞壁最内层,紧贴在细胞膜上,在肽聚糖层外面还有一较 厚的外壁层(约8~10nm),主要成分为脂蛋白、脂多糖和其 它脂类,因此,革兰氏阴性菌细胞壁中脂类含量较高。
细胞破碎
细胞破碎技术
高压匀浆法适用的范围
高压匀浆法适用的范围: 酵母和大多数细菌细胞的破碎。 料液细胞浓度可达到20%左右。 ☆团状和系状菌易造成高压匀浆器的堵塞,不宜使用高 压匀浆法。
细胞破碎
细胞破碎技术
高压匀浆法使用时注意事项
高压匀浆器的操作温度上升约2-3℃/10MPa 为了保护目标产物的生物活性,需要对料液作冷却处理。 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。
出阀的小孔中高速冲出,并射向撞击环上,由于突然减压和 高速冲击,使细胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作方式
上,可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式,也可 连续操作。为了控制温度的升高,可在进口处用干冰调节温 度,使出口温度调节在20℃左右。在工业规模的细胞破碎中, 对于酵母等难破碎的及浓度高或处于生长静止期的细胞,常 采用多次循环的操作方法。
细胞破碎
细胞破碎技术

第四讲-细胞破碎-9.11-9.13解析

第四讲-细胞破碎-9.11-9.13解析
导电率测定法——细胞破碎后,大量带电荷的内含物被 释放到水相,使导电率上升。(是一种快速测定法,应 预先采用其他方法制定标准曲线)
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在珠磨法中,细胞的破碎率也能用一级速率方程式表示:
ln[1/(1-R)]=Kt
K-破碎速率常数
t-停留时间
R-破碎率
❖破碎速率常数K与许多操作参数有关,如搅拌转速、料液的
循环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃小珠的装置和珠体的直径
以及温度等。
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选择破碎方法的依据
细胞处理量:大规模生产多采用机械法(通用性强,破 碎效率高),实验室规模多选用非机械法(选择性 好,固液易分离)。
Enzyme digestion
Cell wall digested , Gentle providing disruption
Cost Cheap
Expensive
Examples
Rupture of red blood cells
Egg lysosyme
Solubilization Detergents solubilize Gentle cell membrane
Moderateexpensive
Bile salts acting on E.coli
Lipid dissolution
Alkali treatment
Organic solvent
Moderate
dissolves in cell wall
Cheap
Saponification of lipids solubilizes membrane
细胞壁的强度与结构 目标产物对破碎条件的敏感性:对活性物质产品,
要兼顾效率与稳定性。 破碎程度:操作条件要兼顾产物释放率、能耗和便
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Homogenization (orifice type)
Harsh
Moderate
Crushing in ball mill
Harsh
Cheap
表 4.0-1. 细胞物理破碎法
方法 机械法 技术 匀浆法(片型) 研磨法 超声波法 匀浆法(孔型) 原理 效果 成本 适中 便宜 昂贵 适中 细胞悬浮液小 规模处理 细胞悬浮液大 规模处理 细胞悬浮液和 植物细胞的大 规模处理 举例 动物组织及动 物细胞
※ 4.0 Summary 概述
Bioseparations usually begin with the separation of biomass from broth .The separation commonly uses filtration or centrifugation as described in Chapters 2 and 3. In many cases, the desired product is in the broth. Antibiotics, are commonly in the broth; so are extracellular enzymes, many polysaccharides, and most amino acids. In all these cases, the separated broth can be treated to isolate and purify the product, as a byproduct. 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。
In some cases, the products of interest are not in the broth but are in the biomass. In particular, most proteins produced in quantity by genetically manipulated bacteria are not excreted into the broth, but are precipitated within the cell. Lipids and some antibiotics are also trapped in the biomass. In a few cases, like baker’s yeast, the desired product is the cell mass itself. In a few others, desired products like steroids can be extracted without rupturing the cells. In many cases, the product is trapped in the biomass: It is intracellular. 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。
Releasing this trapped material usually involves rupturing the cell wall, and is the subject of this short chapter. The methods of cell rupture have largely been developed in biochemistry, and hence are of small scale. Their application to the larger scale operations implied by genetic engineering is speculative. The equipment which is used is not designed for biotechnology. 使胞内产物释放出来一般需要破碎细胞壁,这也是这一章的主题。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。
Chapter 4 Chapter 4
Cell Disruption Cell Disruption
第四章 细胞破碎 第四章 细胞破碎
※ 4.0 Summary
概述 细胞膜 化学破碎方法 机械破碎
※ 4.1 Cell Membranes
※ 4.2 Chemical Methods
※ 4.3 mechanical disruption
原理 渗透压破坏细胞 细胞壁被消化,使 细胞破碎 表面活性剂溶解细 胞壁 有机溶剂溶解细胞 壁并使之失稳 碱的皂化作用使细 胞壁融解
效果 温和 温和 温和 适中 剧烈
成本 便宜 昂贵 适中 便宜 便宜
举例 血红细胞的破 坏
胆盐作用于大 肠杆菌 甲苯破碎酵母 细胞
TABLE 4.0-1. Mechanical Cell Disintegration Techniques
※ 4.1 Cell Membranes 细胞膜
Enzyme digestion Solubilization
Gentle
Expensive
Gentle
Moderateexpensive
Bile salts acting on E.coli Toluene disruption of yeast
Lipid dissolution Alkali treatment
Organic solvent dissolves in cell wall Saponification of lipids solubilizes membrane
Moderate
Cheap
Harsh
Cheap
表 4.0-1. 细胞化学破碎法
方法 化学法
技术 渗透冲击 酶消化法 增溶法 脂溶法 碱处理法
TABLE 4.0-1. Chemical Cell Disintegration Techniques
Method Chemical Technique Osmotic shock Principle Osmotic rupture of membrane Cell wall digested , providing disruption Detergents solubilize cell membrane Stress Gentle Cost Cheap Examples Rupture of red blood cells Egg lysosyme
Method Mechanical Technique Homogenization (blade type) Grinding Principle Cells chopped in Waring blender Cells ruptured by grinding with abrasives Cells broken with ultrasonic cavitation Cells forced through small hole are broken by shear Cells crushed between glass or steel balls Product Moderate Moderate Cost Moderate Cheap Examples Animal tissue and cells
In this chapter, we begin in Section 4.1 by reviewing the structure of the cell wall. We then consider the methods for cell rupture most likely to be useful at larger scales. These methods, listed in Table 4.0-1, are conveniently split into two groups, described as “chemical” and “mechanical.” In the chemical methods detailed in Section 4.2, the cell membrane is ruptured by osmotic pressure, dissolved by detergents, or enfeebled by organic solvents. These chemical cases are often gentle so that the products are not irreversibly denatured even while the cells are ruptured. Scale-up is easy: If we want to treat 10 times the biomass, we need to use 10 times as much chemical. 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。我们很容易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。
Ultrasonication
Harsh
Expensive
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