细胞破碎

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。
2、自溶法 利用生物体自身产生的酶来溶胞，而不需外加其 他的酶。 在微生物代谢过程中大多数都能产生一种能水解 细胞壁上聚合物的酶，以便生长过程继续下去， 改变其生长环境，可诱发产生过剩的这种酶或激 发产生其他的自溶酶，以达到自溶目的。 微生物细胞的自溶常采用加热法或干燥法。例如， 酵母细胞的自溶需在45—50℃温度下保持12— 24h： 自溶法在一定程度上能用于工业规模，但对不稳 定的微生物容易引起所需蛋白质的变性，自溶后 的细胞培养液过滤速度也会降低。
3、X-挤压器 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。 细胞破碎是由于冰晶体在受压时的相变， 包埋在冰中的细胞变形所引起的。此法称 为 x· press法或Hughes press法，主要用于 实验室中。 该法的优点是适用的范围广、破碎率高、 细胞碎片的粉碎程度低以及活性的保留率 高，但该法对冷冻—融解敏感的生化物质 不适用。
第十三章 细胞破碎
动物细胞培养的产物大多分泌在细胞外培 养液中。 微生物的代谢产物有的分泌在细胞外，也 有许多是存在于细胞内部，例如大肠杆菌 表达的基因工程产物、某些酶制剂(如青 霉素酰化酶，碱性磷酸酯酶等)。 植物细胞产物，多为胞内物质。为了提取 胞内的蛋白质、酶、多糖和核酸等生化物 质，首先必须收集细胞或菌体，进行细胞 破碎。
初 生 细 胞 壁 化 学 组 成
§2
机械方法
– – – – 球磨机 高压匀浆器 X-press法 超声波破碎
细胞破碎技术
非机械方法
– – – – – 酶解 渗透压冲击 冻结和融化 干燥法 化学法
一、 机械法
机械法主要运用高压、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。
球蘑机的粉碎球和机 器
采用抑制细胞壁合成的方法能导致类似于 酶解的结果，某些抗生素如青霉素或环丝 氨酸，能阻止新细胞壁物质的合成。 抑制剂应在发酵过程中细胞生长的后期加 入，只有当抑制剂加入后，生物合成和再 生还在继续进行，溶胞的条件才是有利的。 这样在细胞分裂阶段，细胞壁就造成缺陷， 即达到溶胞作用。但此法费用很贵。
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。 适用范围：适用于酵母菌、大肠杆菌、巨大 芽孢杆菌和黑曲霉等。不适用于高度分枝的 微生物。 如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， 常破碎，革兰氏阴性菌细胞比革 兰氏阳性菌易破碎，酵母茵效果较差。菌体 浓度太高或介质黏度高，均不利于超声波破 碎。 超声波振荡过程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 仍是一种很好的方法。
二、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，其 中酶法和化学法溶胞应用最广。
（二）、酵母菌的细胞壁
（三）、真菌的细胞壁
主要是几丁质，几丁质的微纤维嵌入 蛋白质结构中。 主要是蛋白质 糖蛋白的网状结构，将葡聚糖与 糖蛋白结合起来，
α，β—葡聚糖的混合物
二、植物细胞壁的化学组成和结构
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，次生壁是细 胞停止生长后，在韧生壁内部形成的结构。 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。
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。 细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。
§1 细胞壁的组成和结构
一、微生物细胞壁的化学组成和 结构
（一）、细菌的细胞壁 G+菌 G-菌
匀浆机
组织粉碎机
1、球磨机 研磨是常用的一种方法，它将细胞悬浮 液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝一起快 速搅拌或研磨，使达到细胞的某种程度 破碎。这些装置的主要缺点是在破碎期 间样品温度迅速升高，通过用二氧化碳 来冷却容器可得到部分解决。
2. 高压匀浆器 高压匀浆器是常用的设 备，它由可产生高压的 正向排代泵和排出阀组 成，排出阀具有狭窄的 小孔，其大小可以调节。 细胞浆液通过止逆阀进 入泵体内，在高压下迫 使其在排出阀的小孔中 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。
4、高速珠磨机 在工业规模的破碎中常采 用高速珠磨机， 磨室内放臵玻璃小珠，装 在同心轴上的回盘搅拌器 高速旋转，使细胞悬浮液 和玻璃小珠相互搅动，细 胞的破碎是由剪切力层之 间的碰撞和磨料的滚动而 引起。
5、 超声波振荡器 超声波对细胞的破碎作用与液体中空穴的形成有 关。当超声波在液体中传播时，液体中的某一小 区域交替重复地产生巨大的压力和拉力；由于拉 力的作用，产生一个极为强烈的冲击波压力，由 它引起的黏滞性漩涡在悬浮细胞上造成了剪切应 力，促使其内部液体发生流动，而使细胞破碎。 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。
1、酶解法 酶解法是利用酶反应，分解破坏细胞壁上持殊 的键，从而达到破碎目的。 酶解的方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。 酶解作用需要选择适宜的酶和酶系统，并要控 制特定的反应条件，如温度和pH。某些微生物 体可能仅在生长的某一阶段或生长处于特定的 情况下，对酶解才是灵敏的。有时还需附加其 他的处理，如辐射、渗透压冲击、反复冻融或 加金属螯合剂EDTA等，或者利用生物因素促使 酶解作用敏感．以获得一定的效果。