细胞破碎方法
组织细胞破碎常用方法的基本原理
组织细胞破碎常用方法的基本原理
组织细胞破碎是生物学研究中常用的一种实验方法，其目的是将细胞或组织破碎，以便进行后续的分析和研究。
常用的组织细胞破碎方法包括机械破碎、超声波破碎、化学破碎等，下面将分别介绍这些方法的基本原理。
机械破碎是最常用的组织细胞破碎方法之一，其基本原理是利用机械力将细胞或组织破碎。
常用的机械破碎设备包括研钵、研磨器、高压均质器等。
其中，高压均质器是一种常用的机械破碎设备，其原理是利用高压水流将细胞或组织破碎。
高压均质器的优点是破碎效率高，但其缺点是易产生热量，从而影响样品的稳定性。
超声波破碎是一种利用超声波将细胞或组织破碎的方法。
超声波破碎的原理是利用超声波的高频振动将细胞或组织破碎。
超声波破碎的优点是操作简单、破碎效率高，但其缺点是易产生热量，从而影响样品的稳定性。
化学破碎是一种利用化学试剂将细胞或组织破碎的方法。
化学破碎的原理是利用化学试剂的作用将细胞或组织破碎。
常用的化学试剂包括酸、碱、酶等。
化学破碎的优点是操作简单、破碎效率高，但其缺点是易影响样品的化学性质。
组织细胞破碎常用的方法包括机械破碎、超声波破碎、化学破碎等，每种方法都有其独特的优点和缺点。
在选择破碎方法时，需要根据
实验的具体要求和样品的特性进行选择，以保证实验的准确性和可靠性。
细胞破碎方法
之阳早格格创做板滞法主要通过板滞切力的效用使构制细胞破碎的要领，常常使用的器械有构制捣碎机、匀浆器、研钵战研磨、压榨器等.1. 构制捣碎机将资料配成密糊状液，搁置于筒内约1/3体积，盖紧筒盖，将调速器先拨至最缓处，启动启闭后，逐步加速至所需速度.普遍用于动物构制、动物肉量种子、柔老的叶芽等，转速可下达10000rpm/M以上.由于转动刀片的板滞切力很大,制备一些较大分子如核酸则很少使用.2. 匀浆器先将剪碎的构制置于管中，再套进研杆去回研磨，上下移动，即可将细胞研碎.匀浆器的研钵磨球战玻璃管内壁之间间隙脆持正在格中之几毫米距离.创制匀浆器的资料，除玻璃中，还不妨用硬量塑料、不锈钢、人制荧光树脂等.此法细胞破碎程度比下速构制捣碎机为下，适用于量少战动物净器构制.存留的问题；较易制成阻碍的团状或者丝状真菌，较小的革兰氏阳性尾以及有些亚细胞器，量天脆硬，易益伤匀浆阀，也不符合用该法处理.3. 研钵多用于细菌或者其余脆硬动物资料，研磨常常加进少量石英砂，玻璃粉或者其余研磨剂，以普及研磨效验.4. 细菌磨是一种改良了的研磨器，比研钵具备更大的研磨里积，而且矮部有出心.支配时先把细菌战研磨粉调成糊状，屡屡加进一小勺，研磨20-30秒即可将细菌细胞真足磨碎.物理法主要通过百般物理果素使构制细胞破碎的要领.正在死化制备中常常使用的要领有：1. 反复冻溶法本理：果突然热冻，细胞内冰晶的产死及胞内中溶剂浓度的突然改变而益害细胞.要领：将待破碎的细胞正在-20度以下冰冻，室温融解，反复频频，由于细胞内冰粒产死战结余细胞液的盐浓度删下引起溶胀，使细胞结构破碎.特性：此法适用于构制细胞，多用于动物性资料，对于微死物细胞效用较好.2. 慢热骤热法将资料加进沸火中，保护85-90分钟，至火浴中缓慢热却，此法可用于细菌及病毒资料.3. 超声波处理用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞慢遽震荡破裂，此法多适用于微死物资料，用大肠杆菌制备百般酶，常采用50-100毫克菌体/毫降浓度，频下于15～20KHz的超声波正在下强度声能输进下不妨举止细胞破碎.其破碎机理：大概与空化局里引起的冲打波战剪切力有闭.超声破碎的效用与声频、声能、处理时间、细胞浓度及尾种典型等果素有闭. 特性：支配简朴，沉复性较佳，节省时间；多用于微死物战构制细胞的破碎.存留问题：超声波破碎正在真验室规模应用较一致，处理少量样品时支配烦琐，液量益坏少，然而是超声波爆收的化教自由基团能使某些敏感性活性物量变性得活.而且大容量拆置声能传播，集热均有艰易，应采与相映落温步伐.对于超声波敏感战核酸应慎用.空化效用是细胞益害的曲交本果，共时会爆收计性氧，所以要加一些巯基呵护剂.化教及死物化教法1. 自溶法正在一定PH战符合的温度下，利用构制细胞内自己的酶系统将细胞破碎的要领.此历程需较万古间，常常使用少量防腐剂如甲苯、氯仿等预防细胞的传染.2. 酶溶法利用百般火解酶，如溶菌酶、纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁领会，使细胞内含物释搁出去.有些细菌对于溶菌酶不敏感，加进少量巯基试剂或者8摩我尿素处理后，使之转为对于溶菌酶敏感而溶解.特性：a) 此法适用多种微死物；b) 具备效用条件温战；c) 内含物身分阻挡易受到益害；d) 细胞壁益坏的程度不妨统制.存留的问题：易制成产品压制效用，那大概是引导胞内物量释搁率矮的一个要害果素.而且溶酶代价下，节制了大规模利用.若回支溶酶，则又减少百分散杂化溶酶的支配.其余酶溶法通用性好，分歧菌种需采用分歧的酶.有一定限制性，不相宜洪量的蛋黑量提与，给进一步杂化戴去艰易.3. 化教渗透法某些有机溶剂（如苯、甲苯）、抗死素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化教药品皆不妨改变细胞壁或者膜的通透性进而使内合物有采用天渗透出去.其效用机理；化教渗透与决于化教试剂的典型以及细胞壁战膜的结构与组成. 特性：多用于破碎细菌，且效用比较温战；提与核酸时，常常使用此法破碎细胞.存留的问题：时间少，效用矮；化教试剂毒性较强，共时对于产品也有毒害效用，进一步分散时需要用透析等要领与消那些试剂；通用性好：某种试剂只可效用于某些特定典型的微死物细胞. 小结无论用哪一种要领破碎构制细胞，皆市使细胞内蛋黑量或者核酸火解酶释搁到溶液中，使大分子死物落解，引导天然物品量的缩小，加进两同丙基氟磷酸（DFP）不妨压制或者减缓自溶效用；加进碘乙酸不妨压制那些活性核心需要有疏基的蛋黑火解酶的活性，加进苯甲磺酰氟化物（PMSF）也能扫除蛋黑火解酶活力，然而不是局部，还可通过采用pH、温度或者离子强度等，使那些条件皆要符合于手段物量的提与.介绍的几种细胞破碎的要领，可谓各有千春，正在本量应用中，应尽管思量周到，采用最科教、灵验的要领.|||逆便提个问题：闭于反复冻融有很多资料，然而是皆不敷仔细，念请教干过那圆里的酷友们：1、沉悬缓冲液（裂解液？，PBS？）2、冻溶温度（液氮？，-20？，-80？）3、解冻温度（37？，40？）4、反复次数（3次以上？）反复冻融本量上最佳与超声波破碎或者酶解所有使用，可则冻融后黏度很大，蛋黑量简单汇集，常常皆是反复冻融后超声波处理，那样效验比较佳<br />您问的几个问题本去皆不简曲问案，缓冲液，温度等皆与简曲蛋黑量，简曲真验央供有闭，次数是基础达到您的央供即可。
细胞的破碎
该区域通透性增加
表面活性剂
❖ 天然的表面活性剂有胆酸盐和磷脂等 ❖ 合成的表面活性剂 离子型如十二烷基硫酸钠（SDS，阴离子型）；十六烷基三甲基溴
化铵（阳离子型） 非离子型如Triton X-100和吐温（Tween）等
表面活性剂Triton X-100－非离子型清洁剂 ❖ 其作用部位主要是内膜的双磷脂层。 ❖ 对疏水性物质有很强的亲和力，能结合并溶解磷脂， ❖ Triton X-100常与其它试剂混合使用。
目前实验室应用较多的是变性剂盐酸胍和脲处理E. coli 基因工程菌，渗透出重组蛋白质。
复合试剂
❖ 根据不同试剂的作用机理，将介质试剂合理搭配使用，能有 效的提高胞内物质的释放率。
如：单独用0.1M的胍处理E. coli，可释放1％的胞内蛋白，用
0.5% Triton X-100可释放4％胞内蛋白，二者结合使用，在 同样时间内可使53％的胞内蛋白释放。
蜗牛酶适于酵母细胞的处理
自溶作用
❖ 通过调节温度、pH或添加有机溶剂，诱使细胞产生溶解自 身的酶的方法也是一种酶溶法，称为自溶。
❖ 自溶作用是酶解的另一种方法 ❖ 微生物代谢过程中，大多数都能产生一种能水解细胞壁上聚
合结构的酶，以便使生长过程进行下去。 ❖ 改变微生物的环境，可以诱发产生过剩的这种酶或激发产生
物理法和化学法的比较
物理破碎法缺点：
A、高能、高温、高噪音、高剪切力(四高)，易使产品变性 失活；
B、非专一性，胞内产物均释放，分离纯化困难； C、细胞碎片大小不一，难分离。
化学破碎法缺点：
A、费用高； B、引起新的污染，尤其是其他化学方法； C、一般只有有限的破碎，常需与其他物理法连用。
3.2 细胞破碎方法
破坏细胞壁和细胞膜的方法
破坏细胞壁和细胞膜的方法破坏细胞壁和细胞膜是一项非常重要的技术，在微生物学、生物化学、生物工程等领域都有广泛的应用。
本文将介绍常见的破坏细胞壁和细胞膜的方法，并对它们的优缺点进行简要分析。
一. 物理方法1. 超声波破碎法超声波破碎法是一种以高频率机械振荡产生的声波为能量来破坏细胞壁或细胞膜的方法。
它的优点是操作简便，不需要任何酶或化学试剂，破碎效果好，但是需要注意的是，超声波的作用强度和时间要控制好，以免对感兴趣的分子造成损伤。
2. 研钵破碎法研钵破碎法是一种传统的细胞碎解方法，通过用研钵和石英砂对细胞进行摩擦和撞击破坏细胞壁。
它的优点是操作简单易行，装置成本低廉，不需要加入任何试剂，但是却有可能对细胞内部物质产生破坏。
二. 化学方法1. 高渗溶液法高渗溶液法是一种将高渗溶液与细胞混合并处理，使细胞失去渗透调节的能力而坏死的方法。
它的优点是对细胞壁和细胞膜都有破坏作用，可以同时破坏细胞内和外的膜结构，但是却可能对部分细胞内部物质产生破坏。
2. 酶解法酶解法是将特定的酶加入到细胞中，使其破坏细胞壁或膜的方法。
常用的酶有蛋白酶、纤维素酶、壳聚糖酶等。
它的优点是具有高度的选择性，可以中和细胞内的特定物质而不对其他分子造成伤害，但是操作较为繁琐，需要反复测定适当的酶浓度以及处理时间。
三. 其他方法1. 冷冻-解冻法冷冻-解冻法是将细胞低温处理后，进行快速升温解冻的方法。
这种方法可以使细胞壁和细胞膜受到冷冻和解冻的损伤而破坏。
它的优点是可以保存较多的细胞成分，避免部分物质受到酶解的影响，但是需要注意冷冻和解冻的速度和温度。
2. 电穿孔法电穿孔法是将细胞置于电场中，利用电场作用力使细胞膜产生微细孔洞，以便物质进出细胞的方法。
它的优点是可以具有选择性的穿过细胞膜，但是对于有机体而言，其穿透的效果相对有限，并且较难对细胞壁产生破坏.总的来说，各种破坏细胞壁和细胞膜的方法各有其优缺点。
在实际操作中，需要根据不同的研究目的选择恰当的方法，并进行有效的控制，以保证高效的细胞破碎效果。
细胞破碎原理
细胞破碎原理
细胞破碎是一种常见的实验操作，也是生物学研究中的重要步骤。
它的原理是将细胞膜破裂，释放细胞内的各种成分，以便进行后续的实验操作。
细胞破碎原理涉及到多种方法和技术，下面将详细介绍其中几种常见的细胞破碎原理。
首先，最常用的细胞破碎方法之一是超声破碎。
超声波是一种机械波，具有高频振动的特性。
在细胞破碎实验中，超声波可以有效地破坏细胞膜结构，使细胞内的成分释放出来。
超声破碎通常需要在低温环境下进行，以避免细胞内的酶活性影响实验结果。
其次，离心破碎也是一种常见的细胞破碎方法。
通过高速离心作用，可以将细胞内的各种成分分离开来，达到破碎细胞的目的。
离心破碎的优点是操作简单，且可以避免超声破碎可能带来的高温影响。
另外，化学破碎也是一种常用的细胞破碎方法。
通过特定的化学试剂，可以破坏细胞膜结构，使细胞内的成分释放出来。
不过，化学破碎需要谨慎操作，以免化学试剂对细胞内成分造成影响。
除了以上几种方法外，还有一些其他的细胞破碎方法，如高压破碎、冻融破碎等。
每种方法都有其特点和适用范围，研究人员可以根据实验需要选择合适的方法进行细胞破碎。
总的来说，细胞破碎原理是通过物理、化学或机械手段破坏细胞膜结构，释放细胞内的成分。
在进行细胞破碎实验时，需要根据实验要求选择合适的方法，并注意操作细节，以确保实验结果的准确性和可靠性。
希望本文对细胞破碎原理有所帮助，谢谢阅读。
细胞破碎
方法
技术
机 研磨法
械 法 组织捣碎法
原理
效果 成本
细胞被研磨物磨碎 适中 便宜
细胞被捣碎机捣碎 适波法
须使细胞通过的小 孔，使细胞受到剪 切力而破碎
用超声波的空穴作 用使细胞破碎
剧烈 适中
适中 昂贵
细胞悬浮液大 规模处理
细胞悬浮液小 规模处理
方法
技术
原理
效果 成本
举例
HC23-高压细胞破碎 DY89-1 型电动玻璃匀
机
浆机
（三）超声波破碎 破碎原理：超声波作用下液体发生空化作用，产生极大的
冲击波和剪切力，使细胞破碎。
超声波破碎仪
二 非机械法
（一）酶溶法 1 原理：利用酶反应分解破坏细胞壁组分的特殊化学键，从 而达到破碎细胞的目的。 2方法 （1）外加酶法：根据细胞壁的组分组成特点，选用合适的酶 ，分解破坏细胞壁，然后在低渗溶液中使细胞破裂。
4.渗透压冲击法 细胞在高渗透压介质中平衡后，再突然 将其转至低渗透压环境中，水会大量进入细胞，使细胞壁和膜胀 破
5. 撞击破碎法 细胞冷冻后成为刚性球体，降低破碎难度。 操作：细胞喷雾高速冻结高速载气（300 m/s氮气流）将冻结的 微粒子送入破碎室，高速撞击撞击板。
高速氮气 冷冻细胞
细胞壁的破碎方法总结
影响因素：温度 、时间 、 p H 、激活剂和细胞代谢途 径
（二）化学破碎法
1 概念 利用某 些化学试剂 改变细胞壁或细胞膜的通透性（渗透
性）使胞内物质有选择地渗透出来 的处理方法叫化学破碎法。 2常用的化学试剂 （1）有机溶剂法
有机溶剂可破坏细胞壁或膜中的类脂结构 ，从而改变细胞 壁或细胞膜的透过性 ，再经提取可使膜结合的酶或胞内酶等释 放到胞外 。
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。
细胞破碎课件PPT
酶解法是一种利用酶来分解细胞壁的方法，通常使用溶菌酶、蜗牛酶等酶类物质。
酶解法的优点在于对细胞壁的破坏作用较小，能够保持细胞内物质的完整性，适用 于提取细胞内活性物质。
酶解法的缺点在于酶的种类和浓度对破碎效果影响较大，且酶解过程较慢，需要较 长时间才能达到理想的破碎效果。
溶菌酶破碎
溶菌酶是一种专门作用于细菌 细胞壁的酶，能够破坏细菌细 胞壁，使细胞壁水解而破碎。
高压破碎
原理
常用设备
利用高压作用使细胞膜破裂，释放细胞内 的物质。
高压均质机、高压破碎机等。
应用范围
注意事项
适用于各种类型的细胞，尤其是对细胞壁 有破坏作用的高压破碎。
高压破碎需要严格控制压力和作用时间， 以避免对细胞内物质造成过度破坏。同时 ，需要确保设备的安全性和稳定性。
04
生物法破碎细胞
酶解法
溶菌酶破碎适用于革兰氏阳性 菌和革兰氏阴性菌的破碎，尤 其对革兰氏阳性菌的破碎效果 较好。
溶菌酶破碎的优点在于破碎效 率较高，且对细胞内物质的破 坏作用较小。
蜗牛酶破碎
蜗牛酶是一种天然的酶，能够分解细 胞壁和细胞膜，使细胞内的物质释放 出来。
蜗牛酶破碎的优点在于能够有效地释 放细胞内的物质，且对细胞内物质的 破坏作用较小。
免疫学研究
细胞破碎后提取的细胞成分可以用于免疫学研究，如抗原-抗体反应、 细胞因子检测等，有助于深入了解免疫系统的功能和调控机制。
在药物制备中的应用
1 2
天然药物提取
许多天然药物来源于动植物细胞，通过破碎细胞 可以提取有效成分，如中药材的有效成分。
合成药物的合成与改造
在药物合成中，细胞破碎可用于释放细胞内的酶 或其他生物催化剂，以促进药物的合成或改造。
生化分离技术第三版课后答案
生化分离技术第三版课后答案第一单元简要说明常用细胞破碎的主要方法、原理、特点、适用范围及细胞破碎今后的发展方向。
答：常用的细胞破碎方法有：组织捣碎、珠磨法、高速匀浆法、挤压法、超声破碎法、酶溶法、化学渗透法、干燥法等。
1、组织捣碎，其原理是利用机械运动产生剪切力的作用破细胞，利用高速旋转的叶片所产生的剪切力将组织细胞破碎。
（10000～20000r/min）；适用范围：动植物组织。
2、珠磨法，工作原理是：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、珠子与细胞之间相互剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物；特点：一般可以达到较高的破碎率，但同时为控制温度，冷耗能耗较高，成本亦随之增加；适用范围：微生物（细菌）与植物细胞。
3、高速匀浆法，工作原理：利用高压使细胞悬浮液通过针性阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破裂；特点：破碎程度较高，而其机械剪切力对生物大分子的破坏较少，处理量大；适用范围：较柔软、易分散的组织细胞。
4、挤压法，工作原理：微生物细胞在高压下通过一个狭窄的孔道高速冲出，因突然减压而引起一种空穴效应，使细胞破碎；适用范围：细菌（革兰氏阴性菌）5、超声破碎法，工作原理：声频高于15-20kHz的超声波在高强度声能输入下可以进行细胞破碎，破碎机理不详，可能与空化现象引起的冲击波和剪切力有关，空化现象是在强声波作用下，气泡形成、胀大和破碎的现象；特点：多采用短时多次处理样品，且由于过程产热较多，常在冰浴中进行超声；处理少量样品，操作简便，液量损失少；适用范围：微生物细胞。
6、酶溶法，又分为外加酶和自溶两种，外加酶原理：用生物酶将细胞壁核细胞膜消化溶解；特点：具有选择性释放产物、核酸泄露少、细胞外形完整，但价格较高、通用性差。
自溶法。
原理：控制一定条件，诱发微生物细胞产生过剩的溶胞酶或激发溶胞酶活力，使细胞自溶；特点：对不稳定的微生物，易引起所需蛋白质的变性。
大肠杆菌细胞破碎的方法
大肠杆菌细胞破碎的方法
大肠杆菌是常见的一种细菌，破碎大肠杆菌细胞可以用于提取蛋白质、核酸等目的。
以下是常用的几种大肠杆菌细胞破碎的方法。
1.物理破碎法：
(1)超声波破碎法：将大肠杆菌培养物置于超声波水浴中，通过高频
振动破碎细胞壁。
超声波破碎法操作简单，破碎效果好，但需注意温度控制，避免细胞内容物的热失活。
(2)高压破碎法：将大肠杆菌细胞悬浮液注入高压装置，通过高压力
将细胞破碎。
高压破碎法操作较复杂，需要高压装置，但破碎效果较好。
(3)化学破碎法：用氨基磺酸(SDS)等表面活性剂破坏脂膜结构，破碎
细胞。
2. 酶处理法：使用酶来消化大肠杆菌细胞壁，达到破碎细胞的目的。
常用的酶有裂解酶 (lysozyme) 和胰蛋白酶 (trypsin)等。
将大肠杆菌细
胞悬浮液与酶溶液混合，可在室温或低温下静置，待细胞壁完全消化后，
用冷离心机将细胞破碎。
3.冻融破碎法：将大肠杆菌培养物冷冻，然后加入浸泡在恒温水中的
冷微晶纤维素或硅胶颗粒，使细胞黏附在颗粒上。
再用离心机离心沉淀，
将上清液倒掉，然后加入冷离心缓冲液悬浮，再次离心沉淀，破碎细胞。
4.震荡方法：将大肠杆菌细胞悬浮液加入离心管或试管中，使用齿条
式震荡器或超声震荡器进行震荡，使细胞壁破碎。
细胞破碎的方法选择应根据实验的具体需求和条件来决定。
在选择方法时，应综合考虑细胞破碎效果、操作简便性、设备和试剂的可获得性，以及对目标物质的保护等因素。
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。
8
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。
5
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
18-2 细胞破碎技术
细胞破碎技术微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有些目标产物存在细胞内部。
必须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进一步提取。
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。
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。
机械法外加作用力的方式非机械法所用方法的属性物理法化学法生物法物理破碎法l高压匀浆法、l挤压法、l高速珠磨法、l超声波法；化学破碎法l渗透冲击法l增溶法生物破碎法l酶溶法①高压匀浆法——大规模细胞破碎的常用方法①高压匀浆法适用于酵母菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和黑曲霉等。
不适用于高度分支的微生物。
①高压匀浆法在操作方式上，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。
②挤压法（X-press法）将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃至-30℃形成冰晶体，利用500 MPa以上的高压冲击，冷冻细胞从高压阀小孔中挤出使之破碎。
②挤压法（X-press法）细胞破碎是由于冰晶体在受压时的相变，引起包埋在冰中的细胞变形所致。
主要用于实验室中。
②挤压法（X-press法）适用的范围广、破碎率高、细胞碎片的粉碎程度低以及活性的保留率高。
对冷冻-融解敏感的生化物质不适用。
③珠磨法进入珠磨机的细胞悬浮液与极小的研磨剂微球（直径小于1mm的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等）一起快速搅拌，细胞与微球之间互相碰撞、剪切，使细胞破碎，释放内含物。
③珠磨法在破碎期间样品温度迅速升高，通过用二氧化碳来冷却容器可以得到部分解决。
④超声波破碎法超声波破碎也是应用较多的一种破碎方法。
通常采用的超声波破碎机在15-25千赫（kHz）的频率下操作。
④超声波破碎法在超声波作用下液体发生“空穴”作用，空化泡的急剧膨胀压缩和内向爆破产生冲击弹性波，将声能转化为机械能，至使细胞破碎。
对产物的释出选择性好，细胞外形较完整、碎片少、核酸等胞内杂质释放少，便于后步分离等优点，故使用较多。
下列对植物细胞具有较好破碎效果的物理破碎法
物理破碎法是一种对植物细胞进行破碎的常见方法，可以通过物理力量将细胞壁和细胞膜破碎，释放细胞内的物质。
以下是对植物细胞具有较好破碎效果的物理破碎法：1. 壁式破碎器壁式破碎器是一种常用的植物细胞破碎设备，其工作原理是利用高速旋转的刀片将植物材料进行切割和破碎。
由于刀片的高速旋转，壁式破碎器能够快速有效地破碎植物细胞，释放细胞内的有用成分。
壁式破碎器还可以根据需要调整刀片的转速和破碎时间，以实现对不同植物材料的精细破碎。
2. 球磨机球磨机是一种利用摩擦力对植物细胞进行破碎的设备，其工作原理是将植物材料放入容器中，加入适量的磨料后，通过容器的旋转实现对植物材料的破碎。
球磨机可以对植物细胞进行较为均匀的破碎，且破碎过程中产生的热量较少，有利于保护细胞内的热敏物质。
球磨机适用于对热敏植物材料的破碎和提取。
3. 超声波破碎超声波破碎是一种利用超声波对植物细胞进行破碎的方法，其工作原理是将植物材料浸泡在溶剂中，通过超声波的作用产生空化、破碎和喷射效应，实现对植物细胞的破碎和提取。
超声波破碎能够实现对植物细胞的非接触性破碎，避免了传统方法中因机械力量造成的细胞损伤，同时也可以提高物质的转移率和萃取率。
4. 高压均质器高压均质器是一种利用高压力将植物细胞进行破碎的设备，其工作原理是将植物细胞悬浮液通过均质器的高压喷嘴，使之在瞬间获得高速液流和巨大的剪切力，从而实现对细胞的破碎和释放。
高压均质器具有破碎效果好、操作简便等特点，适用于对细胞壁较坚硬的植物材料进行破碎。
5. 冷冻破碎冷冻破碎是一种利用低温冷冻植物材料后再将其破碎的方法，其工作原理是将植物材料置于低温条件下进行冷冻，随后再通过物理力量对其进行破碎。
冷冻破碎可以有效破碎细胞壁和细胞膜，避免了传统方法中因高温而导致的物质分解和氧化反应。
物理破碎法是一种对植物细胞进行破碎的重要方法，不同的物理破碎设备具有各自特点和适用范围。
在实际应用中，可以根据植物材料的特性和需要的破碎效果选择合适的物理破碎法，从而实现对植物细胞的高效破碎和提取。
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。
大肠杆菌细胞破碎的方法
大肠杆菌细胞破碎的方法大肠杆菌（Escherichia coli）是一种常见的细菌，广泛应用于实验室生物学研究和工业生产等领域。
研究人员通常需要在实验中对大肠杆菌细胞进行破碎，以获取内部细胞组分或蛋白质。
以下是几种常用的大肠杆菌细胞破碎的方法：1. 高频声波破碎（Sonication）：高频声波破碎是一种常见的细胞破碎方法，通过高频声波的振动作用，可破碎细胞壁和细胞膜。
研究人员通常将大肠杆菌悬浮液置于冰浴中，使用高频声波装置对其进行破碎。
需要注意的是，高频声波破碎需要控制时间和功率，以免过度破碎或破坏目标分子。
2. 高压破碎（High Pressure Homogenization）：高压破碎是一种通过高压力作用下的剧烈剪切和破碎，使细胞组织破碎的方法。
研究人员通常使用高压机将细胞悬浮液通过特殊的狭缝，施加高压力进行破碎。
高压破碎破碎效果较好，同时可以在较短时间内完成破碎过程。
3. 超声波破碎（Ultrasonic Homogenization）：超声波破碎是一种通过超声波的振动作用产生的剪切力来破碎细胞的方法。
研究人员通常将大肠杆菌悬浮液置于超声波破碎器中，通过超声波振荡破碎细胞。
超声波破碎需要控制破碎时间和功率，以免过度破碎。
4. 高速离心（High Speed Centrifugation）：高速离心是一种将大肠杆菌悬浮液置于高速离心机中，通过高速旋转的离心力将细胞破碎的方法。
通过连续的离心和洗涤操作，可分离细胞壁和细胞膜，获得目标内部组分。
5. 冻融破碎（Freeze-thawing）：冻融破碎是一种通过循环冻结和解冻的方式破碎细胞。
研究人员将大肠杆菌悬浮液冻结在低温下，然后迅速解冻。
循环冻结和解冻的操作可破坏细胞壁和细胞膜，释放细胞内部分子。
6. 酶解法（Enzymatic Digestion）：酶解法是一种利用特定的酶来破碎细胞的方法。
研究人员通常选用特定酶，如蛋白酶、纤维素酶和胰蛋白酶等，对大肠杆菌细胞进行酶解。
破碎细胞的方法
破碎细胞是获得细胞各个组分的第一步，也是很关键步骤：破碎不充分，会影响细胞器产量；破碎过度，有时会破坏细胞器。
破碎细胞一般是在低温条件下，将细胞在等渗液中制备成细胞悬液，进行破碎细胞使之成为各种细胞器及其包含物的匀浆。
(一)匀浆法匀浆(homogenization)是最常用的破碎细胞的方法，一般都要在冰上操作。
较为经济的方法是使用玻璃匀浆器。
手动玻璃匀浆器由一根端部表面磨砂的玻璃杆和一个内壁磨砂的玻璃套管组成。
使用时，先用锋利的刀片把组织块切碎，然后把碎块加入套管中，用力移动玻璃杆使组织细胞破碎。
因为在研磨的过程中会摩擦产热，引起蛋白变性，所以一般都在冰上操作，冰上操作还可以抑制细胞酶活性，防止降解。
电动玻璃匀浆器和手动玻璃匀浆器原理和使用方法相似。
(二)高速组织捣碎机法高速组织匀浆机有高速转动的电机，可以带动钢制转头高速旋转，从而剪切样品、达到破碎细胞的目的，可以用于微量样品的制备。
使用时将待处理细胞悬于细胞裂解液中．加入到塑料离心管(因为刀头速度过快，为防止碎裂，尽量避免使用玻璃试管)中，并放置于冰上，将组织匀浆机的探头浸入离心管中，然后打开电源，缓慢调整旋转速度，一般开机数十秒后．组织细胞即可被高速旋转的探头破碎。
但不宜时间过长，以防高速旋转产生热而导致分离物中的活性物降解。
(三)超声波处理法超声波发生器能产生高强度的超声信号，经换能器传送至与之接触的溶液中，由声波形成冲击和振动而产生剪力，致使细胞破碎，一般体外培养的动物细胞均可在短时间内破碎，因超声时可产热，应注意冰浴冷却，生物大分子如核酸和酶对超声敏感，一般不宜采用。
如果提取蛋白、多糖等，可采用超声法降解核酸。
超声法可以和匀浆法相结合，即先通过匀浆的方法破碎细胞，再通过适当的超声进一步裂解。
(四)化学裂解法在细胞悬液中加入Titon X-100、NP-40、SDS、去氧胆酸钠均可使细胞裂解，往往仍需机械法进行辅助，方可在短时间内使细胞完全裂解，裂解后应清除化学裂解剂，以防止干扰分析。
常用的细胞破碎方法
常用的细胞破碎方法
常用的细胞破碎方法：
①冻融法通过反复冷冻融化细胞使细胞膜受到应力作用破裂释放胞内物质适用于酵母细菌等微生物细胞；
②机械研磨使用玻璃珠不锈钢珠等硬质颗粒在高速旋转下与细胞发生剧烈撞击摩擦导致细胞壁破坏；
③超声波破碎将细胞悬液置于超声探头附近开启超声波发生器利用空化效应产生的强烈剪切力击碎细胞；
④高压匀浆将细胞混悬液泵入高压容器中瞬间释放压力使细胞在强烈湍流下解体适用于多数类型细胞；
⑤酶解消化利用纤维素酶果胶酶等特定酶类降解植物细胞壁多糖成分从而使细胞内容物流出；
⑥化学溶解加入表面活性剂如SDS Triton X-100等破坏细胞膜脂双层稳定性导致细胞崩解；
⑦渗透冲击将高渗培养的细胞突然转移到低渗缓冲液中由于渗透压差引起细胞急剧膨胀破裂；
⑧电穿孔技术通过瞬间施加高压脉冲电场改变细胞膜通透性促使细胞内容物外泄常用于难破碎细胞；
⑨物理挤压将细胞通过微孔滤膜或狭窄管道时受到强烈挤压变形超过一定限度后细胞就会破碎；
⑩激光辐射利用聚焦激光束直接照射细胞表面产生的热效应及机械效应共同作用下破坏细胞完整性；
⑪微波处理将细胞暴露在微波场中由于水分子强烈振动产热加速细胞内部压力积累最终导致破裂；
⑫最后值得注意的是无论采用哪种方法都需要根据具体实验目的选择最合适的条件组合以达到最佳效果。
破除细胞壁和细胞膜的方法及原理
破除细胞壁和细胞膜的方法及原理
破除细胞壁和细胞膜的方法及原理：
1. 高渗透压溶液法
原理：高渗透压溶液法基于细胞内外质量浓度不同的原理，将高浓度的溶液添加到细胞中，使细胞外溶液浓度大于细胞内溶液浓度，细胞内部的水分子会向细胞外移动，导致细胞膜破裂。
方法：将细胞样品放入含有浓度较高的葡萄糖或盐溶液中，静置一段时间，使细胞膜破裂，释放细胞内部物质。
2. 超声波破碎法
原理：超声波破碎法是利用超声波的高能量使溶液中的气泡迸发破裂，产生冲击波，使细胞膜破裂。
方法：将细胞样品放入含有缓冲液的管中，用超声波振荡装置处理一定时间，使细胞膜破裂，释放细胞内部物质。
3. 高压破碎法
原理：高压破碎法利用高压破碎器产生高压力，使细胞膜破裂。
方法：将细胞样品放入高压破碎器中，加入缓冲液，产生高压力使细胞膜破裂，释放细胞内部物质。
4. 酶解法
原理：酶解法采用特定的酶，针对细胞壁进行酶解，使细胞膜破裂。
方法：将细胞样品放入含有适量特定酶的缓冲液中，酶可在较短时间内酶解细胞壁，使细胞膜破裂，释放细胞内部物质。
生物分离工程第四章细胞破碎课件ppt
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
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机械法
主要通过机械切力的作用使组织细胞破碎的方法，常用的器械有组织捣碎机、匀浆器、研钵和研磨、压榨器等。
1. 组织捣碎机
将材料配成稀糊状液，放置于筒内约1/3体积，盖紧筒盖，将调速器先拨至最慢处，开动开关后，逐步加速至所需速度。
一般用于动物组织、植物肉质种子、柔嫩的叶芽等，转速可高达10000rpm/M以上。
由于旋转刀片的机械切力很大,制备一些较大分子如核酸则很少使用。
2. 匀浆器
先将剪碎的组织置于管中，再套入研杆来回研磨，上下移动，即可将细胞研碎。
匀浆器的研钵磨球和玻璃管内壁之间间隙保持在十分之几毫米距离。
制作匀浆器的材料，除玻璃外，还可以用硬质塑料、不锈钢、人造荧光树脂等。
此法细胞破碎程度比高速组织捣碎机为高，适用于量少和动物脏器组织。
存在的问题；较易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性首以及有些亚细胞器，质地坚硬，易损伤匀浆阀，也不适合用该法处理。
3. 研钵
多用于细菌或其他坚硬植物材料，研磨时常加入少量石英砂，玻璃粉或其他研磨剂，以提高研磨效果。
4. 细菌磨
是一种改良了的研磨器，比研钵具有更大的研磨面积，而且低部有出口。
操作时先把细菌和研磨粉调成糊状，每次加入一小勺，研磨20-30秒即可将细菌细胞完全磨碎。
物理法
主要通过各种物理因素使组织细胞破碎的方法。
在生化制备中常用的方法有：
1. 反复冻溶法
原理：因突然冷冻，细胞内冰晶的形成及胞内外溶剂浓度的突然改变而破坏细胞。
方法：将待破碎的细胞在-20度以下冰冻，室温融解，反复几次，由于细胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起溶胀，使细胞结构破碎。
特点：此法适用于组织细胞，多用于动物性材料，对微生物细胞作用较差。
2. 急热骤冷法
将材料投入沸水中，维持85-90分钟，至水浴中急速冷却，此法可用于细菌及病毒材料。
3. 超声波处理
用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞急剧震荡破裂，此法多适用于微生物材料，用大肠杆菌制备各种酶，常选用50-100毫克菌体/毫升浓度，频高于15～20KHz的超声波在高强度声能输入下可以进
行细胞破碎。
其破碎机理：可能与空化现象引起的冲击波和剪切力有关。
超声破碎的效率与声频、声能、处理时间、细胞浓度及首种类型等因素有关。
特点：操作简单，重复性较好，节省时间；多用于微生物和组织细胞的破碎。
存在问题：超声波破碎在实验室规模应用较普遍，处理少量样品时操作简便，液量损失少，但是超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质变性失活。
而且大容量装置声能传递，散热均有困难，应采取相应降温措施。
对超声波敏感和核酸应慎用。
空化作用是细胞破坏的直接原因，同时会产生活性氧，所以要加一些巯基保护剂。
化学及生物化学法
1. 自溶法
在一定PH和适当的温度下，利用组织细胞内自身的酶系统将细胞破碎的方法。
此过程需较长时间，常用少量防腐剂如甲苯、氯仿等防止细胞的污染。
2. 酶溶法
利用各种水解酶，如溶菌酶、纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解，使细胞内含物释放出来。
有些细菌对溶菌酶不敏感，加入少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏感而溶解。
特点：
a) 此法适用多种微生物；
b) 具有作用条件温和；
c) 内含物成分不易受到破坏；
d) 细胞壁损坏的程度可以控制。
存在的问题：易造成产物抑制作用，这可能是导致胞内物质释放率低的一个重要因素。
而且溶酶价格高，限制了大规模利用。
若回收溶酶，则又增加百分离纯化溶酶的操作。
另外酶溶法通用性差，不同菌种需选择不同的酶。
有一定局限性，不适宜大量的蛋白质提取，给进一步纯化带来困难。
3. 化学渗透法
某些有机溶剂（如苯、甲苯）、抗生素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性从而使内合物有选择地渗透出来。
其作用机理；化学渗透取决于化学试剂的类型以及细胞壁和膜的结构与组成。
特点：多用于破碎细菌，且作用比较温和；提取核酸时，常用此法破碎细胞。
存在的问题：时间长，效率低；化学试剂毒性较强，同时对产物也有毒害作用，进一步分离时需要用透析等方法除去这些试剂；通用性差：某种试剂只能作用于某些特定类型的微生物细胞。
小结
无论用哪一种方法破碎组织细胞，都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中，使大分子生物降解，导致天然物质量的减少，加入二异丙基氟磷酸（DFP）可以抑制或减慢自溶作用；加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性，加入苯甲磺酰氟化物（PMSF）也能清除蛋白水解酶活力，但不是全部，还可通过选择pH、温度或离子强度等，使这些条件都要适合于目的物质的提取。
介绍的几种细胞破碎的方法，可谓各有千秋，在实际应用中，应尽量考虑全面，选择最科学、有效的方法。
|||顺便提个问题：
关于反复冻融有很多资料，但是都不够详细，想请教做过这方面的酷友们：
1、重悬缓冲液（裂解液？，PBS？）
2、冻溶温度（液氮？，-20？，-80？）
3、解冻温度（37？，40？）
4、反复次数（3次以上？）反复冻融实际上最好与超声波破碎或酶解一起使用，否则冻融后黏度很大，蛋白质容易聚集，通常都是反复冻融后超声波处理，这样效果比较好<br />
你问的几个问题其实都没有具体答案，缓冲液，温度等都与具体蛋白质，具体实验要求有关，次数是基本达到你的要求即可
如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。