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2.2 细胞破碎

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离心柱法提取rna原理的新解读

离心柱法提取rna原理的新解读

离心柱法提取rna原理的新解读标题: 通过新视角重新解读离心柱法提取RNA的原理引言:离心柱法是一种常用的RNA提取方法，通过该方法可以从细胞或组织中高效快速地提取RNA，为后续的RNA研究提供了基础。

然而，为了更好地理解离心柱法提取RNA的原理，我们需要对其进行深入的探索和新的解读。

本文将通过新视角，重新审视离心柱法提取RNA的原理，以帮助读者对该方法有更全面和深刻的理解。

第一部分: 离心柱法的基本原理1.1 过程概述: 介绍离心柱法提取RNA的基本过程，包括样品制备、细胞破碎、RNA结合、洗脱等步骤。

1.2 离心柱的设计原理: 详细解释离心柱的结构和原理，包括柱膜材料的选择、柱膜孔径的优化等方面。

1.3 RNA结合与纯化原理: 描述RNA与离心柱材料之间的结合机制以及如何利用洗脱液来实现RNA的纯化。

第二部分: 以简明的方式解读离心柱法原理2.1 样品制备的重要性: 强调样品制备对离心柱法提取RNA结果的影响，并提供一些建议来优化样品制备。

2.2 细胞破碎方法的选择: 比较不同的细胞破碎方法，并分析其对RNA 提取效果的影响。

2.3 RNA结合机制的探讨: 解释RNA与离心柱材料之间的结合机制，包括亲疏水作用、离子交换等方面的作用。

2.4 洗脱液的选择与优化: 分析洗脱液的种类和组成对RNA回收率和纯度的影响，并提供一些建议来选择和优化洗脱液。

第三部分: 对离心柱法提取RNA的新解读3.1 融合新技术的应用: 探讨如何将新兴的方法和技术应用于离心柱法，以进一步提高RNA提取的效率和纯度。

3.2 RNA后处理的重要性: 强调RNA的后处理步骤在提取结果中的作用，并介绍一些常用的RNA后处理方法。

3.3 数据分析与解释: 提供一些常见的数据分析方法，以帮助研究人员更好地解读离心柱法提取RNA的结果。

3.4 未来发展方向: 展望离心柱法在RNA提取领域的未来发展方向，如自动化、高通量等。

结论:通过重新解读离心柱法提取RNA的原理，我们可以更好地理解该方法的工作原理和优缺点。

第2章 细胞分离与破碎

第2章 细胞分离与破碎

BIOSEPARATION ENGINEERING
另外，向含菌体的料液中加入聚丙 另外，向含菌体的料液中加入聚丙 烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝 烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝 剂，可使菌体之间产生架桥作用而 形成较大的凝聚颗粒。 形成较大的凝聚颗粒。 凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降， 凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降， 而且还可以在过滤分离中大大提高 过滤速度和质量。 过滤速度和质量。当培养液中含有 蛋白质时． 蛋白质时．可使部分蛋白质凝聚而 同时过滤除去。 同时过滤除去。
1）对滤液进行絮凝或凝聚预处理，改变料液性质 2）在料液中加入助滤剂（如硅藻土）
2 细胞破碎
概述： 概述：
BIOSEPARATION ENGINEERING
许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞 外的培养液中，而保留在细胞内。 外的培养液中，而保留在细胞内。 这类生物产物需用上节所述方法收集菌体或细 胞后，进行细胞破碎(cell disruption)，使目 胞后，进行细胞破碎 ， 标产物选择性地释放到液相中。 标产物选择性地释放到液相中。 破碎的细胞或其碎片利用上节所述的固液分离 方法(主要是离心法 除去后， 主要是离心法)除去后 方法 主要是离心法 除去后，上清液用于进一 步的分离纯化。 步的分离纯化。
BIOSEPARATION ENGINEERING
1.3 过滤
利用薄片形多孔性介质(如滤布)截留固液悬 浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法 过滤是一种膜分离法
BIOSEPARATION ENGINEERING
滤液的透过阻力主要来自于：过滤介质和介 质表面堆积的滤饼 滤饼阻力是影响过滤速度的主要因素 提高过滤速度方法：
BIOSEPARATION ENGINEERING

细胞核质分离提取的方法

细胞核质分离提取的方法

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细胞核质分离提取的方法（大纲）一、引言1.1研究背景1.2细胞核质分离提取的意义二、细胞核质分离提取的基本原理2.1细胞结构概述2.2核质分离提取的基本过程三、细胞核质分离提取方法3.1物理方法3.2化学方法3.3生物方法四、细胞核质分离提取实验步骤4.1细胞样品的制备4.2核质分离4.3核质提取4.4核质纯化4.5核质质量检测五、细胞核质分离提取方法比较与选择5.1不同方法的优缺点5.2方法选择依据六、细胞核质分离提取在科研中的应用6.1基因组学研究6.2蛋白质组学研究6.3细胞信号传导研究七、实验注意事项及常见问题7.1实验操作注意事项7.2常见问题及解决方法八、总结与展望8.1细胞核质分离提取技术进展8.2未来发展方向与应用前景一、引言1.1研究背景细胞核质分离提取技术是细胞生物学与分子生物学领域中的一项基础性技术，广泛应用于基因表达调控、基因功能研究、基因调控网络构建等方面。

随着科学技术的不断发展，对细胞核质分离提取技术的要求也越来越高，需要更加精确、高效的方法来满足科研工作的需求。

细胞核质分离提取技术的研究与发展，有助于我们深入理解基因表达调控机制，为疾病的诊断、治疗和预防提供新的思路和方法。

细胞破碎方法综述

细胞破碎方法综述

细胞破碎方法综述细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，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。

结合重组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可以大规模生产。

关键词：细胞破碎；细胞壁；细胞膜；细胞破碎方法1前言目标产物的分离纯化在现代生物技术工业中占有十分重要的位置，它决定着产品的纯度和安全性，也决定着产品的收率与成本。

许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞外，而保留在细胞内。

破碎细胞的目的就是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏或破碎，释放其中的目标产物。

自20世纪80年代初重组DNA技术得到广泛应用以来,生物技术发生了质的飞跃,生物产品的数量越来越多,许多具有重大应用价值的产品应运而生,如具有显著医疗作用的胰岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一2等,它们的基因分别在宿主细胞(如大肠杆菌或酵母细胞)内克隆表达成为基因工程产物,从而提高了产量,降低了成本。

很多基因工程产物都是胞内物质 (如上述药物经克隆表达后都属胞内物质),分离提取这类产物时,必须将细胞破壁,使产物得以释放,才能进一步提取。

因此细胞破碎是提取胞内产物的关键性步骤,破碎技术的研究更加引起基因工程专家和生化工程学者的关注。

2细胞破碎技术2．1高压匀浆破碎法（homogenization）高压匀浆器是常用的设备，它由可产生高压的正向排代泵（positive displacenemt pump）和排出阀（discharge valve）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。

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。

细胞破碎(cell disruption)

细胞破碎(cell disruption)

细胞破碎（cell disruption）定义: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.1细胞壁的组成和结构微生物细胞壁的化学组成和结构细菌，肽聚糖的网状结构酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖，蛋白质真菌：细胞壁更厚植物细胞壁的化学组成和结构初生壁，次生壁具有很高的机械强度2 细胞破碎技术机械法和非机械法2.1机械法机械法主要是利用高压、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.包括高压匀浆法,珠磨法和超声破碎法高压匀浆器影响匀浆破碎的主要因素是压力、温度和通过匀浆器阀的次数。

高压匀浆法的适用范围较广，在微生物细胞和植物细胞的大规模处理中常采用.高速珠磨机(high spced bead mill) 研磨是常用的一种方法，它将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起快速搅拌，使细胞获得破碎。

在工业规模的破碎中常采用高速珠磨机超声波破碎器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.超声波振荡过程中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是一种很好的方法2.2 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.1)酶解法是利用酶反应，分解破坏细胞壁上特殊的键，从而达到破碎目的。

酶解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.渗透压冲击法冻融法干燥法化学法:采用化学法处理可以溶解细胞或抽提胞内组分。

生物分离工程 第二章

生物分离工程 第二章

细胞分离与破碎
（2）珠磨
影响因素：搅拌速度、停留时间、微珠粒径、细胞本身 适用对象：绝大多数微生物细胞
2
细胞分离与破碎
（3）喷雾撞击破碎
喷雾撞击破碎器结构简图
特点：细胞破碎程度均匀，可避免过度破碎，适用 于细胞器（线粒体、叶绿体等）的回收 适用对象：大多数微生物细胞和植物细胞
2
细胞分离与破碎
（4）超声波破碎 机理：在超声波作用下液体发生空化作用，空穴的 形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞 破碎。 影响因素：细胞种类，细胞浓度，频率、功率 适用对象：多数微生物细胞
物理渗透法
（1）渗透压冲击法
（2）冻结-融化法
2
细胞分离与破碎
2.2.4 目标产物的选择性释放
细胞破碎的目的是使胞内的目标产物释放出来，以 进行进一步的分离纯化，因此，理想的破碎方法应当是
使目标产物尽可能多的释放出来，而杂质成分尽可能少 得释放。 ① 仅破坏或破碎目标产物的周围。
① 选择性溶解目标产物。
Rc
W
A
kp
m
一般需缓慢增大操作压力，最终操作压力不超过 0.3 ～ 0.4MPa。
2
细胞分离与破碎
2.1.3.2
过滤设备
工业上常用的过滤设备：加压叶滤机、板框过滤机、 转鼓真空过滤机。
加压叶滤机
转鼓真空过滤机
2
细胞分离与破碎
板框过滤机
2
细胞分离与破碎
2.2 细 胞 破 碎
2.2.1 细胞结构
不同生物细胞，其细胞结构差异很大。
2.2.2 细胞破碎和产物释放原理
摩擦力、撞击作用力、剪切力、化学溶解、酶解
渗透作用力等。

浅谈常用细胞破碎方法

浅谈常用细胞破碎方法随着生物技术的逐渐发展，生物所产生的各种代谢产物也逐渐被人们发现其有用的一面，但是在获得目的产物过程中，往往因为不同产物所处的生物个体不同，造成了个体差异性，所以为了获得大量，不被破坏的产物，往往针对不同生物个体选用不同的细胞破碎技术来做预处理。

现将几年来一直常用的细胞破碎技术介绍一下：关键词：细胞破碎机械法酶法（一）细胞破碎的定义1.细胞破碎（cell rupture）技术:利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。

2.破碎各种细胞的主要阻力：2.1破碎细菌细胞的主要阻力：肽聚糖网状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;2.2 破碎酵母细胞的阻力:葡聚糖交联的紧密程度和它的厚度;2.3 破碎霉菌细胞的阻力:葡聚糖网状结构的交联度,几丁质或纤维素的纤维状结构。

(二) 细胞破碎的方法1.机械法1.1高压匀浆破碎法（homogenization）高压匀浆器（High pressure homogenizer）操作原理：在高压下迫使细胞浆液在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。

操作方式：单次或多次循环出口温度：20℃左右压力：55－70Mpa适用范围：酵母和大多数细菌细胞的破碎。

料液细胞浓度：20%左右。

☆团状和丝状菌，不宜使用。

注意事项：（1）操作温度：↑２－３℃/10MPa（2）对料液作冷却处理。

（3）多组破碎操作中需要在级间设置冷却装置可有效防止温度上升，保护产物活性。

（4）较易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性菌以及有些亚细胞器，质地坚硬，易损伤匀浆阀，也不适合该法处理【1】。

1.2珠磨机研磨珠磨机研磨：将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起快速搅拌，使细胞获得破碎。

工作原理：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，磨室配有冷却夹套。

注意事项：操作参数较多，一般凭经验估计并且珠子之间的液体损失30%左右。

《细胞破碎》PPT课件


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过去认为带有两个长尾的阳离子表面活性剂 溶于油，和细胞膜孔的形成有关，但是很少 用于细胞破碎。
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非离子表面活性剂是溶于水的聚合物。经济价值不明确， 市场上用于做洗碗剂。同样，这种清洁剂既有亲水基团 又有疏水基团。亲水基团不是硫酸盐，不是烷基胺盐而 是乙醇。
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超声波法 匀浆法（孔型） 珠磨破碎法
用超声波的空穴作 适中 用使细胞破碎
须使细胞通过的小 剧烈 孔，使细胞受到剪 切力而破碎
细胞被玻璃珠或铁 剧烈 珠捣碎
昂贵 适中 便宜
细胞悬浮液小 规模处理
细胞悬浮液大 规模处理
细胞悬浮液和 植物细胞的大 规模处理
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4.3节机械法主要有匀浆法和研磨法。这两种方法中，细胞 通过高的机械剪切力被破坏。热量的产生是该法的一个缺 点，而且不容易规模放大:如果一种方法可以在实验室规模 下操作，我们并不知道这种方法是否在大规模生产中可行。 所以，这部分内容仅作为实验的指导，而不是工程分析。
Detergent Concentration
Fig 4.2-2Typical detergent properties
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增溶和表面活性现象的原理在于：清洁剂形成小的聚和物 称为胶囊。微囊可看成是疏水尾部聚合在一起的，被一层 壳或者是亲水的头包围着。增溶的脂被微囊包围，并存在 于囊核心。微囊象橘子，橘皮是亲水的头部，内皮是疏水 的尾部，橘汁就是内溶的脂。
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无论表面活性剂是阴离子、阳离子还是非离子型，都是 两性的。SDS（十二烷基磺酸钠）是典型的阴离子表面 活性剂。阴离子表面活性剂还包括肥皂（脂肪酸盐）。

生物分离工程第二章


此，将式(1)中的g用Zg代替，可得离心沉降速度Vs
为
s
2
2
d
2 P
(
S
9 L
L)N 2r
或
s
dr dt
Sr
2.N
12
即：
vs dP 2 (S L ) r 2 18 L
13
提高离心沉降速度的主要措施
vs dP 2 (S L ) r 2 18 L
d － 颗粒直径； ρS － 固体颗粒密度； ρL －液体介质密度； µL－ 液体介质粘度； ω －旋转角速度； r －转轴中心到颗粒中心距离
第二章 细胞分离与破碎
1
总体学习目的和要求
通过本章学习，要求掌握细胞分离 和目标产物释放的原理和方法，熟知各 种方法的优缺点和应用范围。
2
固液分离的目的
• 收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物 （细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和 它们的絮凝体等）。
• 收集胞内产物的细胞或菌体，分离除去液相。
7
子絮凝剂：架桥作用形成大絮凝团 – 引入外力
8
离心沉降
• 离心沉降是利用沉降设备使流体和颗粒旋转， 在离心力的作用下，由于颗粒和流体间存在密度 差，所以颗粒沿径向与流体产生相对运动，从而 使颗粒和流体分离。
9
应用
• 1878年 瑞典 牛奶——奶油 • 1896年 用于回收酵母 • 离心分离技术在生工方面主要用于：分
干燥 处理
珠磨法 撞压击榨法 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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四、细胞破碎方法及其原理
机械破碎 物理破碎
通过机械运动产生的剪切 力，使组织、细胞破碎。

组织蛋白提取步骤

组织蛋白提取步骤标题：组织蛋白提取步骤：从样本收集到蛋白质溶解的全面解析引言：组织蛋白提取是生物学和生物化学领域中非常重要的实验步骤之一。

它是为了研究组织中的蛋白质表达、功能和相互作用而必不可少的前提。

本文将从样本收集到蛋白质溶解的全过程，详细介绍组织蛋白提取的步骤和要点，旨在帮助读者更全面、深入地了解该领域的相关内容。

第一部分：样本收集与处理1.1 样本预处理：在进行组织蛋白提取前，首先需要进行样本预处理。

这包括以无菌的方法收集样本，如组织切片、细胞培养等，同时需避免样本受到污染和降解。

1.2 样本保存：为了保持蛋白质的完整性和稳定性，样本应尽快保存在适当的温度下，如低温或液氮中。

选择合适的保存缓冲液也是至关重要的。

第二部分：样品裂解与溶解2.1 细胞破碎：细胞破碎是为了破坏细胞膜，释放细胞内的蛋白质。

可以选择化学法、物理法或酶解法等方法进行细胞破碎，其中磁珠法和超声法是常用的技术。

2.2 组织破碎：与细胞破碎类似，组织破碎旨在释放组织内的蛋白质。

取决于样本特性，可以使用搅拌器、研钵、超声或高压等方式进行组织破碎。

2.3 组织裂解：组织裂解是将细胞或组织中的蛋白质从细胞核、细胞器等结构中溶解出来。

常用的方法有机械法、酸法、碱法以及使用细胞裂解液等。

具体的选择取决于研究的目的和样本特性。

2.4 蛋白质溶解：蛋白质溶解是将裂解后的蛋白质完全溶解于适当的缓冲液中，以便后续的实验操作，如电泳、质谱等。

在溶解过程中，需要注意取决于蛋白特性而添加的表面活性剂、螯合剂和保护剂。

第三部分：总结与回顾在本文中，我们详细介绍了组织蛋白提取的各个步骤。

我们强调了样本收集和处理的重要性，包括样本预处理和正确的保存方法。

我们着重介绍了细胞破碎和组织破碎的常用方法。

我们强调了组织裂解和蛋白质溶解的关键环节。

通过了解和掌握这些关键步骤，我们可以更好地提取和保护样本中的蛋白质，为后续的实验操作提供高质量的样品。

这对于研究蛋白质组学、蛋白质功能研究以及药物研发等领域都具有重要意义。

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渗透压法（ pressure） 2. 渗透压法（Osmotic pressure） 将细胞放在高渗透压的介质中（ 将细胞放在高渗透压的介质中（如一定浓度的甘 油或蔗糖溶液），达平衡后， ），达平衡后 油或蔗糖溶液），达平衡后，转入到渗透压低的缓 冲液或纯水中，由于渗透压的突然变化， 冲液或纯水中，由于渗透压的突然变化，水迅速进 入细胞内，引起细胞溶胀，甚至破裂。 入细胞内，引起细胞溶胀，甚至破裂。 仅适用于细胞壁较脆弱的细胞或细胞壁预先用酶 处理或在培养过程中加入某些抑制剂（ 处理或在培养过程中加入某些抑制剂（如抗生素 ），使细胞壁有缺陷 强度减弱。 使细胞壁有缺陷， 等），使细胞壁有缺陷，强度减弱。
生物类型 G+细菌 主要组成 肽聚糖 （40-90%） 多糖 胞壁酸 蛋白质 脂多糖 （1-4%） G-细菌 肽聚糖 （5-10%） 脂蛋白 脂多糖 （11-22%） 磷脂 蛋白质 酵母菌 葡聚糖 （30-40%） 甘露聚糖 （30%） 蛋白质 （6-8%） 脂类 （8.513.5%） 霉菌 植物细胞
多聚糖（几 初生壁 丁质） 次生壁 （80-90%） 脂类 蛋白质
细菌
的网状结构， 破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结
构越致密，破碎的难度越大， 构越致密，破碎的难度越大，革兰氏阴性细菌网状结构不 及革兰氏阳性细菌的坚固； 及革兰氏阳性细菌的坚固； 的细纤维构成了细胞壁的刚性骨架， 酵母 葡聚糖的细纤维构成了细胞壁的刚性骨架，甘露聚 糖形成网状结构，细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构 糖形成网状结构， 交联的紧密程度和它的厚度； 交联的紧密程度和它的厚度； 霉菌 的纤维状结构， 细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构，其强
3.超声破碎法（Ultrasonication） 3.超声破碎法（Ultrasonication） 超声破碎法
利用发射15-25kHz的超声波探头处理细胞悬浮液。 利用发射15-25kHz的超声波探头处理细胞悬浮液。 15 的超声波探头处理细胞悬浮液 一般认为超声波破碎的机理是： 一般认为超声波破碎的机理是：在超声波作用下液 体发生空化作用，空穴的形成、增大和闭合产生极 体发生空化作用，空穴的形成、 大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。 大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。
非机械方法 ：辅助方法
–2.2.3.2 化学和生物化学渗透 酸碱处理；（ ；（2 化学试剂处理； （1）酸碱处理；（2）化学试剂处理； （3）酶溶 –2.2.3.3 物理渗透法 渗透压冲击；（ ；（2 冻结（1）渗透压冲击；（2）冻结-融化法
常用破碎方法
分 机 械 法 适 应 性 可达较高破碎率，可较大规模操作， 大分子目的产物易失活，浆液分离困 难 高压匀浆 液体剪切作用 可达较高破碎率，可大规模操作，不 法 适合丝状菌和革兰氏阳性菌 超声破碎 液体剪切作用 对酵母菌效果较差，破碎过程升温剧 法 烈，不适合大规模操作 X-press法 固体剪切作用 破碎率高，活性保留率高，对冷冻敏 感目的产物不适合 非 酶溶法 酶分解作用 具有高度专一性，条件温和，浆液易 机 分离，溶酶价格高，通用性差 械 化学渗透 改变细胞膜的渗透 具一定选择性，浆液易分离，但释放 法 法 性 率较低，通用性差 渗透压法 渗透压剧烈改变 破碎率较低，常与其他方法结合使用 反复冻结-融化 破碎率较低，不适合对冷冻敏感目的 冻结融化 法 产物 干燥法 改变细胞膜渗透性 条件变化剧烈，易引起大分子物质失 活 类 珠磨法 作 用 机 理 固体剪切作用
2.化学渗透法（Chemical permeation） 2.化学渗透法（ 化学渗透法 permeation）
某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、 某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性 剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞壁或 抗生素、金属螯合剂等， 膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择 膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择 ）， 地渗透出来。 地渗透出来。
非 机 械 法
1.酶溶法（Enzymatic Lysis） 1.酶溶法（ 酶溶法 Lysis）
（1）外加酶法 溶菌酶 β-1，3-葡聚糖酶 β-1，6-葡聚糖酶 蛋白酶 甘露糖酶 糖苷酶 肽键内切酶 壳多糖酶等
常用的溶酶
利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞， 利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受 到部分或完全破坏后， 到部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方法 破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性。 破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性。 利用溶酶系统处理细胞时必须根据细胞壁的结构 和化学组成选择适当的酶，并确定相应的次序。 和化学组成选择适当的酶，并确定相应的次序。
度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高； 度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高； 的形成提高了细胞壁的坚硬性， 植物细胞 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。 细胞具有很高的机械强度。
图2.9 细胞破碎机理
细胞破碎技术
2.2.3.1 机械破碎
–高压匀浆器 工业上常用 –球磨机 –喷雾撞击法 –超声波破碎 实验室常用
玻 璃 珠
氧 化 锆
胶体磨
德国进口珠磨机
2.高压匀浆法（High-pressure homogenization） 2.高压匀浆法（High高压匀浆法 homogenization）
——大规模细胞破碎的常用方法，在微生物细胞和植物 大规模细胞破碎的常用方法， 大规模细胞破碎的常用方法 细胞的大规模处理中常采用
酶溶法的优点： 酶溶法的优点： 选择性释放产物，条件温和，核酸泄出量少， 选择性释放产物，条件温和，核酸泄出量少，细胞外 形完整。 形完整。 酶溶法的缺点： 酶溶法的缺点： 溶酶价格高，溶酶法通用性差，产物抑制的存在。 溶酶价格高，溶酶法通用性差，产物抑制的存在。
（2）自溶法（Autolysis） 诱发微生物产生过剩的溶胞酶或激发自身溶胞 酶的活力，以达到细胞自溶的目的。 酶的活力，以达到细胞自溶的目的。 影响自溶过程的主要因素有温度、时间、pH值、 影响自溶过程的主要因素有温度、时间、pH值 激活剂和细胞代谢途径等。 激活剂和细胞代谢途径等。 缺点：对不稳定的微生物， 缺点：对不稳定的微生物，易引起所需蛋白质 的变性，自溶后细胞悬浮液粘度增大， 的变性，自溶后细胞悬浮液粘度增大，过滤速度 下降。 下降。
实验室规模的细胞破碎设备有Mickle高速组织捣碎 实验室规模的细胞破碎设备有Mickle高速组织捣碎 Mickle Braun匀浆器 匀浆器； 机、 Braun匀浆器； 中试规模的细胞破碎可采用胶体磨处理； 中试规模的细胞破碎可采用胶体磨处理； 在工业规模中，可采用高速珠磨机（瑞士WAB公司和 在工业规模中，可采用高速珠磨机（瑞士WAB公司和 WAB 德国西门子机械公司制造）。 德国西门子机械公司制造）。 珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。 珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。 80%以下 珠磨法适用于细胞悬浮液和植物细胞的大规模处理。 珠磨法适用于细胞悬浮液和植物细胞的大规模处理。
缺点： 缺点：
通用性差； 通用性差； 时间长，效率低； 时间长，效率低； 有些化学试剂有毒 。
其他方法
X-press法 1. X-press法 将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃形成 将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体，利 500MPa以上的高压冲击 以上的高压冲击， 用500MPa以上的高压冲击，使冷冻细胞从高压阀小 孔中挤出。 孔中挤出。细胞破碎是由于冰晶体的磨损，使包埋 在冰中的微生物变形而引起的。 在冰中的微生物变形而引起的。 此法主要用于实验室，适应范围广、破碎率高、 此法主要用于实验室，适应范围广、破碎率高、 细胞碎片粉碎程度低及活性保留率高等优点，但不 细胞碎片粉碎程度低及活性保留率高等优点， 适应于对冷冻敏感的生化物质。 适应于对冷冻敏感的生化物质。
（3）有机溶剂
能分解细胞壁中的类脂，使胞壁膜溶胀， 能分解细胞壁中的类脂，使胞壁膜溶胀，细 胞破裂，胞内物质被释放出来。 胞破裂，胞内物质被释放出来。 乙醇、异丙醇、甲苯、苯、氯仿、二甲苯及高 乙醇、异丙醇、甲苯、 氯仿、 级醇等。 级醇等。 与水中氢键作用，削弱溶质分子间的疏水作用， 与水中氢键作用，削弱溶质分子间的疏水作用， 从而使疏水性化合物溶于水溶液。 从而使疏水性化合物溶于水溶液。 盐酸胍和脲是常用的变性剂。 盐酸胍和脲是常用的变性剂。 是常用的变性剂
影响超声波的细胞破碎效率因素：频率、 影响超声波的细胞破碎效率因素：频率、液体温 度和粘度、处理时间等。 度和粘度、处理时间等。 超声波破碎法是很强烈的破碎方法， 超声波破碎法是很强烈的破碎方法，适用于多数 微生物的破碎。一般杆菌比球菌易破碎， 微生物的破碎。一般杆菌比球菌易破碎，G-细菌 比G+细菌易破碎，对酵母菌的效果较差。 G+细菌易破碎，对酵母菌的效果较差。 细菌易破碎 该法在实验室小规模细胞破碎中常用。 该法在实验室小规模细胞破碎中常用。
原理： 原理：
细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的环隙高速（可达 细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的环隙高速（ 450m/s)喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击作 喷出后撞击到碰撞环上， 喷出后撞击到碰撞环上 用后，急剧释放到低压环境，从而在撞击力和剪切力等综合 用后，急剧释放到低压环境， 作用下破碎。操作压力通常为50-70MPa。细胞在这一系 作用下破碎。操作压力通常为 。 运动过程中经历了剪切、 的变化， 列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化， 从而造成细胞破碎。 从而造成细胞破碎。
化学渗透法优点： 化学渗透法优点：
对产物释放有一定的选择性， 对产物释放有一定的选择性，可使一些较小分子量的溶 质如多肽和小分子的酶蛋白透过， 质如多肽和小分子的酶蛋白透过，而核酸等大分子量的物 质仍滞留在胞内； 质仍滞留在胞内； 细胞外形完整，碎片少，浆液粘度低， 细胞外形完整，碎片少，浆液粘度低，易于固液分离和 进一步提取。 进一步提取。
（1）表面活性剂
表面活性剂可促使细胞某些组分溶解， 表面活性剂可促使细胞某些组分溶解，其增溶作 有助于细胞的破碎。 用有助于细胞的破碎