細胞破碎
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細胞破碎技術是指利用外力破壞細胞膜和細胞壁，使細胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術，是分離純化細胞內(nèi)合成的非分泌型生化物質(zhì)（產(chǎn)品）的基礎。 結(jié)合重組DNA技術和組織培養(yǎng)技術上的重大進展，以前認為很難獲得的蛋白質(zhì)現(xiàn)在可以大規(guī)模生產(chǎn)?！ ?/p>
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細胞破碎阻力
幾乎所有細菌的細胞壁都是由肽聚糖（peptidoglycan）組成，它是難溶性的聚糖鏈（glycan chain），借助短肽交聯(lián)而成的網(wǎng)狀結(jié)構，包圍在細胞周圍，使細胞具有一定的形狀和強度。短肽一般由四或五個胺基酸組成，如L-丙氨醯-D-谷氨醯-L-賴氨醯-D-丙氨酸。而且短肽中常有D-胺基酸與二氨基庚二酸存在。 破碎細菌的主要阻力是來自於肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構，其網(wǎng)結(jié)構的致密程度和強度取決於聚糖鏈上所存在的肽鍵的數(shù)量和其交聯(lián)的程度，如果交聯(lián)程度大，則網(wǎng)結(jié)構就致密。
酵母菌
酵母細胞壁的最里層是由葡聚糖的細纖維組成，它構成了細胞壁的剛性骨架，使細胞具有一定的形狀，覆蓋在細纖維上面的是一層糖蛋白，最外層是甘露聚糖，由1,6一磷酸二酯鍵共價連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構。在該層的內(nèi)部，有甘露聚糖-酶的復合物，它可以共價連接到網(wǎng)狀結(jié)構上，也可以不連接。與細菌細胞壁一樣，破碎酵母細胞壁的阻力主要決定于壁結(jié)構交聯(lián)的緊密程度和它的厚度。
黴菌的細胞壁主要存在三種聚合物，葡聚糖（主要以β-1,3糖苷鍵連接，某些以β-1,6糖苷鍵連接），幾丁質(zhì)（以微纖維狀態(tài)存在）以及糖蛋白。最外層是α-和β-葡聚糖的混合物，第2層是糖蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構，葡聚糖與糖蛋白結(jié)合起來，第3層主要是蛋白質(zhì)，最內(nèi)層主要是幾丁質(zhì)，幾丁質(zhì)的微纖維嵌入蛋白質(zhì)結(jié)構中。與酵母和細菌的細胞壁一樣，真菌細胞壁的強度和聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構有關，不僅如此，它還含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構，所以強度有所提高。
植物細胞
對於已生長結(jié)束的植物細胞壁可分為初生壁和次生壁兩部分。 初生壁是細胞生長期形成的。 次生壁是細胞停止生長後，在初生壁內(nèi)部形成的結(jié)構。 目前，較流行的初生細胞壁結(jié)構是由Lampert等人提出的「經(jīng)緯」模型，依據(jù)這一模型，纖維素的微纖絲以平行於細胞壁平面的方向一層一層敷著在上面，同一層次上的微纖絲平行排列，而不同層次上則排列方向不同，互成一定角度，形成獨立的網(wǎng)路，構成了細胞壁的「經(jīng)」，模型中的「緯」是結(jié)構蛋白（富含羥脯氨酸的蛋白），它由細胞質(zhì)分泌，垂直於細胞壁平面排列，并由異二酪氨酸交聯(lián)成結(jié)構蛋白網(wǎng)，徑向的微纖絲網(wǎng)和緯向的結(jié)構蛋白網(wǎng)之間又相互交聯(lián)，構成更復雜的網(wǎng)路系統(tǒng)。半纖維素和果膠等膠體則填充在網(wǎng)路之中，從而使整個細胞壁既具有剛性又具有彈性。 在次生壁中，纖維素和半纖維素含量比初生壁增加很多，纖維素的微纖絲排列得更緊密和有規(guī)則，而且存在木質(zhì)素（酚類組分的聚合物）的沉積。因此次生壁的形成提高了細胞壁的堅硬性，使植物細胞具有很高的機械強度?！ ?/p>
細胞破碎技術
目前已發(fā)展了多種細胞破碎方法，以便適應不同用途和不同類型的細胞壁破碎。 破碎方法可規(guī)納為機械法和非機械法兩大類。
［編輯］ 機械法
高壓勻漿器是常用的設備，它由可產(chǎn)生高壓的正向排代泵（positive displacenemt pump）和排出閥（discharge valve）組成，排出閥具有狹窄的小孔，其大小可以調(diào)節(jié)。細胞漿液通過止逆閥進入泵體內(nèi)，在高壓下迫使其在排出閥的小孔中高速沖出，并射向撞擊環(huán)上，由於突然減壓和高速沖擊，使細胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作方式上，可以采用單次通過勻漿器或多次循環(huán)通過等方式，也可連續(xù)操作。為了控制溫度的升高，可在進口處用乾冰調(diào)節(jié)溫度，使出口溫度調(diào)節(jié)在20℃左右。在工業(yè)規(guī)模的細胞破碎中，對於酵母等難破碎的及濃度高或處於生長靜止期的細胞，常采用多次循環(huán)的操作方法。
振湯珠擊破碎法 (Skaking Bead)
將等體積的小量組織樣品與高密度的ZircoBeads放入可密封的2ml螺旋蓋微量管中,再加入緩沖液與穩(wěn)定成份到1.5ml的體積, 用6500RPM振湯機高速上下振動8秒,休息8秒,再振動8秒即可.此方法是目前最快且一次可處理最多樣品的方法. 一臺機器最多可以在一天處理2400支樣品.對小量且多樣的人很方便.
高速攪拌珠研磨破碎法（fine grinding）
研磨是常用的一種方法，它將細胞懸浮液與玻璃小珠、石英砂或氧化鋁等研磨劑一起快速攪拌，使細胞獲得破碎。在工業(yè)規(guī)模的破碎中，常采用高速珠磨機 。
超聲波破碎法（ultrasonication）
超聲波破碎法利用超聲波振蕩器發(fā)射的15-25kHz的超聲波探頭處理細胞懸浮液。 超聲波振蕩器有不同的類型，常用的為電聲型，它是由發(fā)生器和換能器組成，發(fā)生器能產(chǎn)生高頻電流，換能器的作用是把電磁振蕩轉(zhuǎn)換成機械振動。超聲波振蕩器以可分為槽式和探頭直接插入介質(zhì)兩種型式，一般破碎效果後者比前者好。
［編輯］ 非機械法
滲透壓沖擊破碎法（osmotic shock）
滲透壓沖擊是較溫和的一種破碎方法，將細胞放在高滲透壓的溶液中（如一定濃度的甘油或蔗糖溶液），由於滲透壓的作用，細胞內(nèi)水分便向外滲出，細胞發(fā)生收縮，當達到平衡後，將介質(zhì)快速稀釋，或?qū)⒓毎D(zhuǎn)入水或緩沖液中，由於滲透壓的突然變化，胞外的水迅速滲入胞內(nèi)，引起細胞快速膨脹而破裂。
凍融破碎法（freezing and thawing）
將細胞放在低溫下冷凍（約-15℃），然後在室溫中融化，反覆多次而達到破壁作用。由於冷凍，一方面能使細胞膜的疏水鍵結(jié)構破裂，從而增加細胞的親水性能，另一方面胞內(nèi)水結(jié)晶，形成冰晶粒，引起細胞膨脹而破裂。對於細胞壁較脆弱的菌體，可采用此法。
酶溶破碎法（enzyme lysis）
酶解是利用溶解細胞壁的酶處理菌體細胞，使細胞壁受到部分或完全破壞後，再利用滲透壓沖擊等方法破壞細胞膜，進一步增大胞內(nèi)產(chǎn)物的通透性。溶菌酶（lysozyme)適用於革蘭氏陰性菌細胞的分解，應用於革蘭氏陽性菌時，需輔以EDTA使之更有效地作用於細胞壁。 真核細胞的細胞壁不同於原核細胞，需采用不同的酶。
化學破碎法（chemical treatment）
采用化學法處理可以溶解細胞或抽提胞內(nèi)組分。常用酸、堿、表面活性劑和有機溶劑等化學試劑
去垢劑破碎法（detergents）
蛋白質(zhì)復性
利用包含體與細胞碎片的密度差，用離心法將包含體與細胞碎片和可溶性蛋白質(zhì)分開，獲得了乾凈的包含體，再對包含體溶解復性。這樣首先就擺脫了大量的雜蛋白、核酸、熱原、內(nèi)毒素等雜質(zhì)，使後面的分離純化簡單了。從這個角度上講，包含體的形成對分離純化亦有好處。
參見
生物工程
分子生物學
發(fā)酵
下游工程
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