细胞分离与胞内产物的溶解生物分离工程培训资料

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
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
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。
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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。
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
磷脂
脂类(8.5-
蛋白质
13.5%)
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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。
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
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。
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标准阀
细胞破碎阀
锯齿阀
刀型阀
锥型阀 球型细胞破碎阀
高压匀浆器各种阀型设计
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。
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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。
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
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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。
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。
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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；
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
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-
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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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15.1 细胞壁结构对破碎的影响
第十五章 细胞破碎
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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)
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。
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
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，
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。
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15.2 细胞破碎技术
破碎方式
机械法
非机械法
固体剪切 作用
液体剪切 作用
干燥 处理
珠磨法 研压榨磨 高
压 匀 浆
超 酶溶法 声 破 碎
溶胞 作用 化学法 物理法
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Hale Waihona Puke Baidu
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
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
阀座
阀杆 撞击环 阀杆
压力控制手轮
撞及压力骤降，造成细
胞破碎。
APV Manton Gaulin 高压匀浆器针型阀结构
有机溶剂： 表面活性剂： 酸碱
自溶法 外加酶制剂法
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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）
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1.高压匀浆法
（High-pressure homogenization）