第三章 细胞破碎

第二章发酵液预处理一、选择题1、在发酵液中常加入B，以除去发酵液中的钙离子。

A. 硫酸B. 草酸C. 盐酸D. 硝酸2、在发酵液中加入草酸，其作用是ABCD。

A. 去除钙离子B. 去除部分镁离子C. 改善发酵液的过滤性能D. 有助于目标产物转入液相。

3、在发酵液中加入三聚磷酸钠，它和B形成可溶性络合物，可消除对离子交换的影响。

A. Ca2+B. Mg2+C.Zn2+D. Fe3+4、环丝氨酸的发酵液中，加入磷酸盐的主要目的是去除AD。

A. Ca2+B. Fe3+C. Zn2+D. Mg2+5、在发酵液中加入黄血盐，可去除C，使其形成普鲁士蓝沉淀。

A. Ca2+B. Zn2+C. Fe3+D. Mg2+6、关于阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力，以下说法正确的是ABCD。

A. Al3+＞Fe3+B. H+＞Ca2+＞Mg2+C. K+＞Na+＞Li+D. Fe3+＞H+＞K+7、酵母絮凝的FLO1型只被以下A抑制。

A. 甘露糖B. 葡萄糖C. 麦芽糖D. 蔗糖E. 半乳糖8、酵母絮凝的NEW FLO型只被以下E抑制。

A. 甘露糖B. 葡萄糖C. 麦芽糖D. 蔗糖E. 半乳糖9、发酵液中，细胞絮凝机理有A。

A. 胶体理论B. 高聚物架桥理论C. 双电层理论D. 盐析理论10、在生物产品分离中，C技术可代替或改善离心和过滤方法，富集或除去发酵液中的细胞或细胞碎片。

A. 凝聚B. 双水相萃取C. 絮凝D. 色谱11、下列物质属于絮凝剂的有AC 。

A、明矾B、石灰C、聚丙烯酸类D、硫酸亚铁第三章细胞破碎技术一、选择题1、高压匀浆法提高细胞破碎率的方法有ABC 。

A. 适当地增加压力B. 增加通过匀浆器的次数C. 适当地增加温度D. 提高搅拌器的转速2、下列AB 可采用高压匀浆法进行细胞破碎。

A. 大多数细菌B. 酵母C. 放线菌和霉菌D. 含有亚细胞器（如包涵体）的微生物细胞3、珠磨法提高细胞破碎率的方法有BCD 。

第三章酶的提取与分离纯化◆酶的提取与分离纯化是指将酶从细胞或其它含酶原料中提取出来，再与杂质分开，而获得所要求的酶制品的过程。

◆主要内容包括细胞破碎，酶的提取，离心分离，过滤与膜分离，沉淀分离，层析分离，电泳分离，萃取分离，浓缩，干燥、结晶等。

1.细胞破碎细胞破碎方法可以分为机械破碎法，物理破碎法，化学破碎法和酶促破碎法等,如表3-1所示。

表1细胞破碎方法及其原理1.1 机械破碎法通过机械运动所产生的剪切力的作用，使细胞破碎的方法称为机械破碎法。

常用的破碎机械有组织捣碎机，细胞研磨器，匀浆器等。

机械破碎法分为3种:捣碎法，研磨法和匀浆法。

1.2物理破碎法通过温度、压力、声波等各种物理因素的作用，使组织细胞破碎的方法，称为物理破碎法。

物理破碎法多用于微生物细胞的破碎。

常用的物理破碎法方法有温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法等，现简介如下：(1)温度差破碎法：利用温度的突然变化，由于热胀冷缩的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。

(2)压力差破碎法：通过压力的突然变化，使细胞破碎的方法称为压力差破碎法。

常用的有高压冲击法、突然降压法、及渗透压变化法等。

(3)超声波破碎法：利用超声波发生器所发出的声波或超声波的作用，使细胞膜产生空穴作用（cavitation）而使细胞破碎的方法称为超声波破碎法。

1.3化学破碎法通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎的方法称为化学破碎法。

常用的化学试剂有甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂，和特里顿（Triton）、吐温（Tween）等表面活性剂。

有机溶剂可以使细胞膜的磷脂结构破坏，从而改变细胞膜的透过性，使胞内酶等细胞内物质释放到细胞外。

表面活性剂可以和细胞膜中的磷脂以及脂蛋白相互作用，使细胞膜结构破坏，从而增加细胞膜的透过性。

1.4酶促破碎法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，而达到细胞破碎的方法称为酶促破碎法，或称为酶学破碎法。

第三章生物材料的预处理、细胞破碎和液-固分离第一节预处理及固液分离一、预处理的依据1、生物活性物资存在方式与特点胞内胞外成分复杂含量不一2、后续操作要求如果后续操作有离子交换法，对无机离子等要求高。

3、目的物的稳定性有效成分的生理活性不断变化较稳定物可以用剧烈的变形处理除杂二、动物材料的预处理绞肉机冻融高压匀浆器三、发酵液(培养液)的预处理预处理的目的? 改变发酵液(培养液)的物理性质，以利于固液分离。

主要方法有：加热、凝聚与絮凝、使用助滤剂。

? 去除发酵液(培养液)中部分杂质以利于后续各步操作。

预处理的方法（一）、加热加热是最简单和经济的预处理方法，即把发酵液(培养液)加热到所需温度并保温适当时间。

加热能使杂蛋白变性凝固，从而降低发酵液(培养液)的粘度，使固液分离变得容易。

但加热的方法只适合对热稳定的生物活性物质。

预处理的方法（二）、凝聚和絮凝凝聚和絮凝在预处理中，常用于细小菌体或细胞(分泌胞外产物)、细胞的(分泌胞内产物)碎片以及蛋白质等胶体粒子的去除。

其处理过程就是将一定的化学药剂预先投加到发酵液(或培养液)，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。

但是应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两个概念，其具体处理过程也是有差别的。

1.凝聚凝聚是指在某些电解质作用下，破坏细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。

凝聚剂主要是一些无机类电解质，由于大部分被处理的物质带负电荷(如细胞或菌体一般带负电荷)，因此工业上常用的凝聚剂大多为阳离子型，分为无机盐类、金属氧化物类。

常用的无机盐类凝聚剂有：Al2(SO4)3?18H2O(明矾)、AlCl3?6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等;常用的金属氧化物类凝聚剂有：Al(OH)3、Fe3O4、Ca(OH)2或石灰等。

2.絮凝絮凝是指使用絮凝剂(通常是天然或合成的大分子量聚电解质)，在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

生物工业下游技术习题第一章绪论1、何为生化分离工程？其主要研究那些内容？下游加工过程（下游技术）：对由生物界自然产生的或由微生物发酵过程、动植物细胞组织培养或酶反应过程等各种生物工业生产过程获得的生物原料（发酵液、培养液、反应液），经提取分离、加工精制成有关生物化工产品的过程（技术）。

由不同生物化工单元操作组成。

研究内容：产品的分离纯化，从混合物（发酵液等）中用最低的投入，获得最高的产出（产物的高得率、高纯度）。

2、试述生物技术下游加工过程的特点及应遵循的原则。

特点：发酵液等为复杂多相系统，属非牛顿性液体，成分复杂多样，固液分离困难。

产物起始浓度低（发酵液起始浓度较低而杂质又较多），常需多步纯化操作；产物（生物物质）通常很不稳定：遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解；发酵或培养都是分批操作，生物变异性大，各批发酵液不尽相同，下游加工应有弹性；发酵液不宜久存，应尽快提取。

原则：时间短；温度低；pH适中（在生物物质的稳定范围内）；严格清洗消毒。

基因工程产品，生物安全问题3、生化分离工程有那些特点？其包括那几种主要分离方法？4、简述生化分离工程的发展趋势。

操作集成化(减少步骤，提高收率）；方法集成化；大分子与小分子分离方法的相互渗透；亲和技术的推广使用和配基的人工合成；优质层析介质的开发；基因工程对下游过程的影响；发酵与提取相耦合。

5、简述生物技术下游加工过程的一般流程。

按生产过程划分，下游技术大致分为4个阶段：a)预处理（发酵液或培养液的预处理和固液分离)；b)提取（初步分离纯化）；c)精制（高度纯化）；d)成品加工（最后纯化）；第二章预处理与固-液分离法1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？预处理：a)预处理目的：改变发酵液的性质，利于固液分离。

b)方法：采用酸化、加热、以降低发酵液的粘度；或加入絮凝剂，使细胞或溶解的大分子聚结成较大颗粒。

目的：分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，利于提取精制后续工序的顺利进行；菌种不同、发酵液特性不同，预处理方法选择也不同。

第三章酶的分离纯化第三章酶的分离纯化第一节酶分离纯化工作的基本原则及步骤第二节细胞破碎第三节酶的抽提第四节酶的纯化第五节酶的纯度与产量第六节酶的剂型与保存第一节酶分离纯化工作的基本原则及步骤1926年Summer制备了第一个结晶酶，自此以后，酶分离纯化工作进展很快，现已有数以百计的酶制成了结晶，相当数量的酶达到了高度纯净，并根据酶的作用特点，理化性质、发展了各种类型的分离纯化方法、试剂和设备。

一、基本原则二、酶分离纯化的基本步骤为了能成功地进行酶的分离纯化，需注意以下两个基本原则：1. 防止酶变性失效防止酶变性失效是酶分离纯化工作很重要的问题，这一点在纯化后期尤为突出。

一般地，凡是用以预防蛋白质变性的方法与措施，都可考虑用于酶分离纯化工作中。

常见的措施有：（1）低温：除少数例外，所有操作应在低温下进行，有有机溶剂存在时，更应注意。

二、酶分离纯化的步骤酶分离纯化时，一般要经过如下步骤：1. 细胞破碎：除在体液中提取酶或胞外酶，一般都要进行细胞破碎，促使胞内酶溶出，以利于抽提。

2. 抽提3. 纯化下面分节对这三个基本环节加以介绍第二节细胞破碎细胞破碎的方法很多，有机械破碎法、物理破碎法、化学破碎法和酶学破碎法。

一、机械破碎法二、物理破碎法三、化学破碎法四、酶学破碎法：通过机械运动所产生的剪切力作用，使细胞破碎的方法，称为机械破碎法，常用的有如下几种。

1. 机械捣碎法：利用高速组织捣碎机的高速旋转叶片所产生的剪切力，将组织细胞破碎，转速可高达10000r/min。

常用于动物内脏、植物叶芽等脆嫩组织细胞破碎，也可用于微生物，尤其是细菌的细胞破碎。

此法在实验宝和生产规模均可采用。

通过温度、压力、声波等各种物理因素作用，使组织细胞破碎的方法，该称为物理破碎法。

物理破碎法包括如下几种方法；1. 温度差破碎法：通过温度的突然变化使细胞破碎。

即将冷冻的细胞突然放进较高温度的水中，或将在较高温度中的细胞突然冷冻都可使细胞破坏。

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。

名词解释：酶活力单位：在实验室规定的条件下，每分钟催化lumol底物变化所需要的酶量为一个酶活力国际单位(用“IU”表示，简写为U)。

酶的比活力：是指在特定的条件下，单位质量（mg)蛋白质或RNA所具有的酶活单位数。

固定化酶：固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶固定化活细胞：固定在载体上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞称为固定化细胞固定化原生质体：固定在载体上并在一定的空间范围内进行新陈代谢的原生质体。

膜分离技术：借助一定孔径的高分子薄膜，将不同大小、形状、性质的颗粒或分子进行分离的技术。

酶促破碎法：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，从而达到细胞破碎的方法。

萃取分离：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法。

酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程。

大分子结合修饰：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的催化特性的方法。

肽链有限水解修饰：在肽链的限定位点进行水解，使酶的空间构象发生某些精细的改变，从而改变酶的催化特性的方法。

氨基酸置换修饰：将酶分子肽链上的某一个氨基酸置换成另一个氨基酸，从而改变酶的催化特性的修饰方法。

原生质体融合育种：指通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。

基因工程育种：用体外重组DNA技术去获得新的重组基因。

组成酶：细胞固有的酶类。

诱导酶：是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。

分解代谢物阻遏：指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象反馈阻遏：酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象反馈抑制：是最终产物抑制作用，在合成过程中，有些微生物合成途径的终点产物对该途径酶的活性调节，所引起的抑制作用。

细胞破碎-------综述摘要：细胞破碎，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。

细胞破碎分离提纯某一种蛋白质时，首先要把蛋白质从组织或细胞中释放出来并保持原来的天然状态，不丧失活性。

所以要采用适当的方法将组织和细胞破碎。

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细胞破碎方法有：高压匀浆破碎法振荡珠击破碎法高速搅拌珠研磨破碎法超声波破碎法渗透压冲击破碎法酶溶破碎法等等，这篇综述主要讲的是超声波破碎法。

关键词：细胞破碎超声波破碎法原理应用超声波细胞破碎仪又叫超声波细胞粉碎仪是一种利用强超声在液体中产生空化效应，对物质进行超声处理的多功能、多用途的仪器。

能用于多种动植物细胞、病毒细胞的破碎，同时超声波细胞破碎仪可用来乳化、分离、匀化、提取、消泡、清洗及加速化学反应等。

仪器原理：超声波细胞破碎仪的原理并不是太神秘、太复杂。

简单说就是将电能通过换能器转换为声能，这种能量通过液体介质而变成一个个密集的小气泡，这些小气泡迅速炸裂，产生的象小炸弹一样的能量，从而起到破碎细胞等物质的作用。

超声波是物质介质中的一种弹性机械波，它是一种波动形式，因此它可以用于探测人体的生理及病理信息，既诊断超声。

同时，它又是一种能量形式，当达到一定剂量的超声在生物体内传播时，通过它们之间的相互作用,能引起生物体的功能和结构发生变化，即超声生物效应。

超声对细胞的作用主要有热效应，空化效应和机械效应。

热效应是当超声在介质中传播时，摩擦力阻碍了由超声引起的分子震动，使部分能量转化为局部高热（42-43℃），因为正常组织的临界致死温度为45.7℃，而肿瘤组织比正常组织敏感性高，故在此温度下肿瘤细胞的代谢发生障碍，DNA、RNA、蛋白质合成受到影响，从而杀伤癌细胞而正常组织不受影响。