细胞破碎技术PPT课件
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10
真菌的细胞壁
真菌的细胞壁较厚,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,少数含纤维素。
与酵母和细菌的细胞壁一样,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。
通过细胞本身的酶系或外 加酶制剂的催化作用,使 细胞外层结构受到破坏, 而达到细胞破碎
捣碎法 研磨法 匀浆法 超声法
温度差破碎法 压力差破碎法
有机溶剂: 表面活性剂: 酸碱
自溶法 外加酶制剂法
17
一 机械法
机械破碎法又可分为 高压匀浆破碎法(homogenization) 高速珠研磨破碎法(bead grinding) 超声波破碎法(ultrasonication)
10-13 nm
层次
主要 组成
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(11-22%) 磷脂 蛋白质
酵母菌
霉真菌
100-300nm 100-250nm
多层
葡聚糖(30-40%) 甘露聚糖(30%) 蛋白质(6-8%) 脂类(8.5-13.5%)
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。
药物名称 胰岛素 人生长激素 α-干扰素
宿主 大肠杆菌 大肠杆菌 大肠杆菌
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。
6
4.1 细胞壁结构对破碎的影响
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。
用途 治疗糖尿病 治疗侏儒病 治疗毛状细胞白血病等
9
酵母细胞壁的结构示意图
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。
它是构成细胞壁的骨架,细胞壁的机械强度主要来 自于微纤丝。
14
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 (4μm以上),常有三层组成。 n 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。
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。
7
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。
8
细菌细胞壁结构
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。
15Biblioteka Baidu
4.2 细胞破碎技术
16
细胞破碎方法及其原理
机械破碎 物理破碎 化学破碎 酶促破碎
通过机械运动产生的剪切 力,使组织、细胞破碎。
通过各种物理因素的作用, 使组织、细胞的外层结构破 坏,而使细胞破碎。
通过各种化学试剂对细胞 膜的作用,而使细胞破碎
第四章 细胞破碎
1
生物分离过程的一般流程
原原料料液液 细细胞胞分分离离(( 离离心心,,过过滤滤))
细细胞胞--胞胞内内产产物物 路线一
路线二 清液-胞外产物
路线一B 包含体
细胞破碎 碎碎片片分分离离
路线一A
溶解(加加盐盐酸酸胍胍、、脲脲)
粗分离(盐盐析析、、萃萃取取、、超超过过滤滤等等)
复性
纯化( 层层析析、、电电泳泳)
多层
多聚糖 (80-90%) 脂类 蛋白质
13
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。
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。
18
1.高压匀浆法
(High-pressure homogenization)
采用高压匀浆器(由高压泵和匀浆阀组成)。
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 历了高速剪切、碰撞及压力 骤降,造成细胞破碎。
11
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 12
细胞壁的组成和结构
微生 物
壁厚
革兰氏 阳性细菌
20-80 nm
革兰氏 阴性细菌
4
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生物体中。 尤其是由基因工程菌产生的大多数蛋白质是 在细胞内沉积。 脂类物质和一些抗生素包含在生物体中。
5
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。
阀座
阀杆 撞击环 阀杆
压力控制手轮
APV Manton Gaulin 高压匀浆器针型阀结构简图
本章内容
脱盐(凝凝胶胶过过滤滤、、超超过过滤滤)
浓缩(超超过过滤滤)
精制( 结结晶晶、、干干燥燥)
2
本章的主要内容
常见的细胞壁结构
细胞破碎技术
包涵体的纯化方法
3
概述
不同类型的细胞分泌目标产物的类型: 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/真菌)胞内、胞外
对于胞内产物需要收集菌体或细胞进行 破碎。
真菌的细胞壁
真菌的细胞壁较厚,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,少数含纤维素。
与酵母和细菌的细胞壁一样,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。
通过细胞本身的酶系或外 加酶制剂的催化作用,使 细胞外层结构受到破坏, 而达到细胞破碎
捣碎法 研磨法 匀浆法 超声法
温度差破碎法 压力差破碎法
有机溶剂: 表面活性剂: 酸碱
自溶法 外加酶制剂法
17
一 机械法
机械破碎法又可分为 高压匀浆破碎法(homogenization) 高速珠研磨破碎法(bead grinding) 超声波破碎法(ultrasonication)
10-13 nm
层次
主要 组成
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(11-22%) 磷脂 蛋白质
酵母菌
霉真菌
100-300nm 100-250nm
多层
葡聚糖(30-40%) 甘露聚糖(30%) 蛋白质(6-8%) 脂类(8.5-13.5%)
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。
药物名称 胰岛素 人生长激素 α-干扰素
宿主 大肠杆菌 大肠杆菌 大肠杆菌
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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4.1 细胞壁结构对破碎的影响
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。
用途 治疗糖尿病 治疗侏儒病 治疗毛状细胞白血病等
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酵母细胞壁的结构示意图
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。
它是构成细胞壁的骨架,细胞壁的机械强度主要来 自于微纤丝。
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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 (4μm以上),常有三层组成。 n 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。
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。
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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。
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细菌细胞壁结构
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。
15Biblioteka Baidu
4.2 细胞破碎技术
16
细胞破碎方法及其原理
机械破碎 物理破碎 化学破碎 酶促破碎
通过机械运动产生的剪切 力,使组织、细胞破碎。
通过各种物理因素的作用, 使组织、细胞的外层结构破 坏,而使细胞破碎。
通过各种化学试剂对细胞 膜的作用,而使细胞破碎
第四章 细胞破碎
1
生物分离过程的一般流程
原原料料液液 细细胞胞分分离离(( 离离心心,,过过滤滤))
细细胞胞--胞胞内内产产物物 路线一
路线二 清液-胞外产物
路线一B 包含体
细胞破碎 碎碎片片分分离离
路线一A
溶解(加加盐盐酸酸胍胍、、脲脲)
粗分离(盐盐析析、、萃萃取取、、超超过过滤滤等等)
复性
纯化( 层层析析、、电电泳泳)
多层
多聚糖 (80-90%) 脂类 蛋白质
13
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。
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。
18
1.高压匀浆法
(High-pressure homogenization)
采用高压匀浆器(由高压泵和匀浆阀组成)。
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 历了高速剪切、碰撞及压力 骤降,造成细胞破碎。
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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 12
细胞壁的组成和结构
微生 物
壁厚
革兰氏 阳性细菌
20-80 nm
革兰氏 阴性细菌
4
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生物体中。 尤其是由基因工程菌产生的大多数蛋白质是 在细胞内沉积。 脂类物质和一些抗生素包含在生物体中。
5
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。
阀座
阀杆 撞击环 阀杆
压力控制手轮
APV Manton Gaulin 高压匀浆器针型阀结构简图
本章内容
脱盐(凝凝胶胶过过滤滤、、超超过过滤滤)
浓缩(超超过过滤滤)
精制( 结结晶晶、、干干燥燥)
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本章的主要内容
常见的细胞壁结构
细胞破碎技术
包涵体的纯化方法
3
概述
不同类型的细胞分泌目标产物的类型: 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/真菌)胞内、胞外
对于胞内产物需要收集菌体或细胞进行 破碎。