第三章细胞破碎

与细菌细胞壁一样，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。
糖蛋白
3.1 细胞的结构
三、动物细胞的结构
• 动物细胞的破碎较为容易，不需要强烈的破碎条件。
3.1 细胞的结构
四、植物细胞的结构
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。
3.1 细胞的结构
一、细菌细胞的结构
革兰氏阳性/阴性细菌细胞壁的结构和组成
微生物
革兰氏阳性细菌 革兰氏阴性细菌
细胞壁厚 （nm）
层次
主要 组成
15~50
10~12
单层
肽聚糖（40%~90%） 多糖
胞壁酸 蛋白质 脂多糖（1%~4%）
多层
肽聚糖（5%~10%） 脂蛋白
脂多糖（11%~12%） 磷脂
蛋白质
持。 5. 加入PVP（聚乙烯吡咯烷酮）——除去植物组织中的酚类
次生壁是细 胞停止生长 后，在初生 壁内部形成 的结构。
3.1 细胞的结构
四、植物细胞的结构
植物细胞初生壁的化学组成
组 结构和分类 分
纤 β－1，4－D－葡 维 聚糖 素
半 木葡聚糖 甘露聚糖
纤 木聚糖(包括阿拉伯
维 素
木聚糖和4-0-甲基-葡 萄糖醛酸木聚糖）
果 半乳糖醛酸聚糖 、
3.1 细胞的结构
①细胞壁的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，
②覆盖在细纤维上面的是一层糖 70~300
蛋白，
nm
③最外层是甘露聚糖，由1,6一磷 酸二酯键共价连接，形成网状结 构。在该层的内部，
④有甘露聚糖-酶的复合物，它可 以共价连接到网状结构上，也可 以不连接。
本章内容
3.1 细胞的结构 3.2 破碎缓冲液组成 3.3 细胞破碎方法 3.4 影响破碎率的因素和检测破碎
率的方法
3.1 细胞的结构
一、细菌细胞的结构 二、酵母细胞的结构 三、动物细胞的结构 四、植物细胞的结构
3.1 细胞的结构
一、细菌细胞的结构
膜磷壁酯
壁磷壁酯
15~50 nm
酚类化合物会与蛋白结合形成沉淀，因此，在破碎缓冲液中需加 入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）将其除去。
因此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。
由此可见，植物细胞壁更为复杂和坚硬，且与植物细胞的生长 状态有关。
3.2 破碎缓冲液组成
在细胞破碎过程中，为了保护蛋白活性，对破碎缓冲 液有以下要求：
引言
细胞破碎（cell rupture）技术是指利用 外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容 物（包括目的产物）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。
细胞破碎
引言
生物产品的来源主要来自于微生物、动物和植物。
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，细 胞膜和它所包围的细胞浆合称原生质体。
3.1 细胞的结构
一、细菌细胞的结构
破碎细菌的主要阻力
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，如果交联程度大，则网结构就致 密。
因此，革兰氏阴性细菌比阳性细菌容易破碎。
3.1 细胞的结构
二、酵母细胞的结构
由酵母细胞壁的结构示意图可知， 共有4层：
四、植物细胞的结构
“经纬”模型
目前，较流行的初生细胞壁结构是由Lampert等人提 出的“经纬”模型：
依据这一模型，纤维素的微纤丝以平行于细胞壁平面的方向 一层一层敷着在上面，同一层次上的微纤丝平行排列，而不 同层次上则排列方向不同，互成一定角度，形成独立的网络， 构成了细胞壁的“经”，
模型中的“纬”是结构蛋白（富含羟脯氨酸的蛋白），它由 细胞质分泌，垂直于细胞壁平面排列，并由异二酪氨酸交联 成结构蛋白网，径向的微纤丝网和纬向的结构蛋白网之间又 相互交联，构成更复杂的网络系统。
第三章 细胞破碎
细胞破碎
生物分离过程的一般流程
原料液
细胞分离(离心，过滤)
路线一 细胞－胞内产物
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体
细胞破碎 碎片分离
路线一A
溶解(加盐酸胍、脲)
粗分离(盐析、萃取、超过滤等)
复性
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)
细胞破碎
半纤维素和果胶等胶体则填充在网络之中，从而使整个细胞 壁既具有刚性又具有弹性。
3.1 细胞的结构
四、植物细胞的结构
初生细胞的经纬模型
3.1 细胞的结构
四、植物细百度文库的结构
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(4μm以上) 。
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，而且存在木质素等酚类化 合物。
8~10 nm
1.5~2nm
(a) 革兰氏阳性菌细胞壁结构模式图
有时蛋白会被分泌到此处 (b) 革兰氏阴性菌细胞壁结构模式图
细菌细胞壁化学组成
几乎所有细菌的细胞壁都是 由肽聚糖组成：
糖： 短肽：
N-乙酰葡萄糖胺
（NAG）
N-乙酰胞壁酸 （NAM）
D-丙氨酸 L-丙氨酸 D-谷氨酸
L-二氨基酸
• 它是难溶性的聚糖链 （glycan chain），借助短 肽交联而成的网状结构，包 围在细胞周围，使细胞具有 一定的形状和强度。
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。
基于遗传和环境等因素，不同类型细胞其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。因此，需要根据不同的细胞类型选择适当的破碎方法。
此外，不同的生化物质其稳定性有较大差别，在破碎过程中应防 止变性和被胞内的酶水解，因此，破碎方法的选择和操作条件的 优化（包括破碎缓冲液组成）是十分必要的。
1. 缓冲液一般为磷酸缓冲液或Tris缓冲液，离子强度： 0.1~0.2mol/L，pH=7.0~8.0。——与细胞内部环境相似。
2. 需加入抗氧化剂（如二硫苏糖醇、2-巯基乙醇、半胱氨酸 和还原型谷胱甘肽等）。——防止二硫键形成及蛋白氧化。
3. 酶抑制剂——防止胞内蛋白酶对目的蛋白的降解。 4. 酶的底物和辅因子——纯化酶蛋白时，有助于酶活性的保