下载文档原格式
四、细胞破碎某些蛋白质在细胞培养时被宿主细胞分泌到培养液中，提取过程只需直接采用过滤和离心进行固液分离，然后将获得的澄清滤液再进一步纯化即可，其后续分离和纯化都相对简单。
但由于一些重组DNA(rDNA)产品结构复杂，必须在细胞内组装来获得生物活性，如果在培养时被宿主细胞分泌到培养液中，其生物活性往往有所改变，此类生物产品是细胞内产品(非分泌型)，这些产品主要为医药和保健产品，对于这类产品的提取，需要先应用细胞破碎技术破碎细胞，使细胞内产物释放到液相中，然后再进行提纯，为后续的分离纯化做好准备工作。
细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质(产品)的基础。
随着重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在都可以大规模生产。
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为原生质体。
动物细胞没有细胞壁，仅有细胞膜。
通常情况下，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。
基于遗传和环境等因素，不同类型生化物质其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。
此外，不同的生化物质其稳定性有较大差别，在破碎过程中应防止变性和被胞内的酶水解。
因此，破碎方法的选择和操作条件的优化是十分必要的。
(一)机械破碎法机械破碎法分为高压匀浆破碎法、高速搅拌珠研磨破碎法和超声波破碎法三种。
1．高压匀浆破碎法Manton Gaulin高压匀浆器是高压匀浆破碎法常用的设备，它由可产生高压的泵和排出阀组成，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。
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。
破碎技术除了某些细胞外的多肽激素和某些蛋白质与酶以外，对于细胞内或多细胞生物组织中的各种生物大分子的分离纯化，都需要事先将细胞和组织破碎，使生物大分子充分释放到溶液中，并不丢失生物活性。
不同的生物体或同一生物体的不同部位的组织，其细胞破碎的难易不一，使用的方法也不相同，如动物脏器的细胞膜较脆弱，容易破碎，植物和微生物由于具有较坚固的纤维素、半纤维素组成的细胞壁，要采取专门的细胞破碎方法。
1.机械破碎(1)研磨研磨是将剪碎的动物组织置于研钵或匀浆器中，加入少量石英砂研磨或匀浆，即可将动物细胞破碎，这种方法比较温和，适宜实验室使用。
工业生产中可用电磨研磨。
细菌和植物组织细胞的破碎也可用此法。
(2)匀浆匀浆这是一种较剧烈的破碎细胞的方法，通常可先用家用食品加工机将组织打碎，然后再用10000r/min-20000r/min 的内刀式组织捣碎机(即高速分散器)将组织的细胞打碎，为了防止发热和升温过高，通常是转10秒-20秒，停10秒-20秒，可反复多次。
(3)胶体磨胶体磨的基本原理是流体或半流体物料在离心力的作用下，强制通过高速相对运动的定齿与动齿之间，使物料受到强大的剪切力，磨擦力、高频振动和高速旋涡等复杂力等作用，有效地被粉碎、乳化、均质、混合，从而达到精细超微的效果。
定转子间的高速相对运动是使胶体磨工作获得物理微细度的主要条件，只有提高磨盘的精密度与线速度，才能达到良好的加工效果。
2. 物理破碎(1)压榨压榨是一种温和的、彻底破碎细胞的方法。
在1000×105Pa-2000×105Pa 的高压下使几十毫升的细胞悬液通过一个小孔突然释放至常压，细胞将彻底破碎。
这是一种较理想的破碎细胞的方法，但仪器费用较高。
(2)冷热交替冷热交替是在90℃左右维持数分钟，立即放入冰浴中使之冷却，如此反复多次，绝大部分细胞可以被破碎，细菌或病毒中提取蛋白质和核酸时可用此技术。
(3)反复冻融反复冻融是将待破碎的细胞冷至15℃-20℃，然后放于室温(或40℃)迅速融化，如此反复冻融多次，由于细胞内形成冰粒使剩余胞液的盐浓度增高而引起细胞破碎。
细胞破碎技术生基硕51 邓亮05123010生物分离的第一步是将生物机体从发酵液中分离，通常使用过滤和离心等方法。
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在发酵液中。
在上述过程中，需被分离的发酵液可被看作一种副产物来处理，以此分离和纯化产物。
有些目标产物不在发酵液中，而是存在于生物体中。
尤其是由基因工程菌产生的大多数蛋白质不会被分泌到发酵液中，而是在细胞内沉积。
脂类物质和一些抗生素也是包含在生物体中。
还有一些目标产物就是细胞本身，如面包酵母。
还有，产物如类固醇不必通过细胞破碎提取。
大多数情况下，产物还是包裹在生物体内，属胞内产物。
使胞内产物释放出来一般需要破碎细胞壁，细胞破碎的方法在生物化学领域中得到了很广泛的运用，但多数在小规模生产中，在大规模生产尤其是基因工程中应用极少。
破碎技术的分类细胞破碎方法是十分有用的。
我们很容易将这些方法划分为两大类，化学法和机械法，下表中已经列出详细方法分类：化学方法主要的几种化学方法，有渗透冲击法，表面活性剂增溶法、脂溶法。
1． 酶消化法和碱处理法酶消化法的缺点在于酶的价格昂贵限制了在大规模生产中的使用，虽然条件温和、具有选择性。
细胞悬浮液中加入酶能迅速和细胞壁反应并破坏它们。
酶选择性的催化细胞壁反应，不破坏细胞内的其它物质。
碱处理法和酶消化法相反，反应激烈，不具选择性，而且较便宜。
碱加入细胞悬浮液中后和细胞壁进行了多种反应，包括使磷脂皂化。
该操作是细胞增溶的很好的例子，因为它使细胞壁的成分溶于表面活性剂，也使蛋白质变性。
该法不仅破坏了细胞壁也破坏了产物，因此即便很便宜，碱处理也是一种很不常用的方法。
2． 渗透冲击法三种主要细胞破碎化学方法中最简单的是渗透冲击法。
此法将一定体积的细胞液加到2倍体积的水中，细胞中溶质浓度高，水不断进入细胞，使细胞膨胀，最后导致破裂。
细胞破裂后释放到周围环境中的胞内物可用后续方法分离。
细胞破碎的难易决定于其类型，红血球细胞容易溶破，动物细胞只有当其组织被用4.3节所介绍的方法机械切碎或匀浆后才易溶破。
