第二章细胞破碎技术PPT课件

2.2 细胞壁成分和结构
一、细胞壁的组成和结构
细胞破碎是为了破坏细胞外围使细胞内含物 释放出来。
生物的细胞外围通常包括细胞壁和细胞膜。 细胞膜使细胞内外保持一定的浓度差，它主
要由蛋白质和脂质组成，强度比较差，易受 渗透压冲击而破碎。 微生物细胞和植物细胞有细胞壁，细胞壁维 持细胞坚固。细胞破碎的主要阻力来自于细 胞壁。
第二章 细胞破碎技术
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前言
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生物分离的一般工艺过程
发酵液、动植物细胞
预处理 （加热、调pH、絮凝）
固液分离 （过滤、离心分离、膜分离)
胞
胞
细胞破碎 （匀浆、研磨、酶解）
内
外
产
产
物
物
与细菌细胞壁一样，破碎酵母细胞壁的阻力 主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚 度。
3、其他真菌的细胞壁
大多数真菌的细胞壁主要由多糖组成，其次 还含有较少量的蛋白质和脂类。
不同的真菌，细胞壁的组成有很大的不同， 其中大多数真菌的多糖壁是由几丁质和葡聚 糖构成。
霉菌细胞壁：葡聚糖、几丁质、糖蛋白。
对于胞内产物，则需首先收集菌体，进行细胞破 碎，使代谢产物转入液相中，然后，再进行细胞 碎片的分离。
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。
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。
二、植物细胞
真核细胞具有真正的细胞核，其结构要比 原核生物复杂的多。和原核细胞一样，真 核细胞也具有一层细胞膜。
除了细胞膜，真核细胞具有一些有特殊作 用的细胞器。
植物和大多数真菌具有细胞壁。
动 物 细 胞 模 式 图
植 物 细 胞 模 式 图
对于已停止生长的植物细胞来说，其细胞壁 可分为初生壁和次生壁两部分。初生壁是细 胞生长时期形成的。次生壁是细胞停止生长 后，在初生壁内部形成的结构。
细胞破碎技术：指采用物理、化学、酶或机
械的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜， 使细胞内容物包括目的产物释放出来的技术。
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。
发酵细胞的代谢产物有的分泌到细胞或组织 之外，还有许多是存在于细胞内部。
对于胞外产物只需直接将发酵液预处理及过滤， 获得澄清的滤液，作为进一步纯化的出发原液，
综上所述：
不同生物体或同一生物体的不同部位，细胞破 碎难易程度不同，因此因采用不同的细胞破 碎方法进行破碎。
如：动物器脏细胞没有细胞壁，细胞膜比较脆 弱，容易破碎；植物和微生物细胞都具有纤 维素、半纤维素或肽聚糖组成的细胞壁，应 采用专门的破碎方法进行破碎。
革兰氏阴性菌的肽聚糖层较薄，最外面还有一 较厚的外壁层，外壁层主要由脂蛋白，脂多糖 组成。
破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网 状结构，其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，如果交联程度大，则网结构就致密。
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2、酵母菌的细胞壁
酵母细胞壁的主要成分为葡聚糖与甘露聚糖 以及蛋白质等，比革兰氏阳性菌稍厚，面包 酵母的细胞壁厚度约为70 nm，而且其厚度 随菌龄增加而增加。
碎片分离 （离心分离、双水相萃取、膜分离）
提取 初步纯化 （沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶）
精制 高度纯化 （重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）
成品加工 （浓缩、无菌过滤、干燥、成型）
2.1 概述 2.2 细胞壁的成分和结构 2.3 细胞破碎技术 2.4 破碎率的评价及破碎率的选择依据
2.1 概述
次生细胞壁
某些植物细胞，当生长停止后，在细胞质和 初生细胞壁之间形成了次生细胞壁。次生壁一般 较厚(4μm以上)，常有三层组成。
在次生壁中，纤维素和半纤维素含量比初生 壁增加很多，纤维素的微纤丝排列得更紧密和有 规则，而且存在木质素（酚类组分的聚合物）的 沉积。因此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。
一、微生物细胞
细胞外层结构
革兰氏阴性菌（Gram-negative），泛指革兰氏染色反应呈红色的细菌。葡萄 球菌、链球菌。 革兰氏阳性菌（Gram Positive）是能够用革兰氏染色染成深蓝或紫色的细菌。 大肠杆菌。
各种微生物细胞壁的结构及组成
1、细菌的细胞壁
几乎所有细菌的细胞壁都是由坚固的骨架——肽聚 糖组成，是聚糖链借短肽交联而成，使细胞具有 一定的形状和强度。
植物细胞初生壁的化学组成
“经纬”模型
目前，较流行的初生细胞壁结构是由Lampert 等人提出的“经纬”模型，依据这一模型，纤维素 的微纤丝以平行于细胞壁平面的方向一层一层敷着 在上面，同一层次上的微纤丝平行排列，而不同层 次上则排列方向不同，互成一定角度，形成独立的 网络，构成了细胞壁的“经”，模型中的“纬”是 结构蛋白（富含羟脯氨酸的蛋白），它由细胞质分 泌，垂直于细胞壁平面排列，并由异二酪氨酸交联 成结构蛋白网，径向的微纤丝网和纬向的结构蛋白 网之间又相互交联，构成更复杂的网络系统。半纤 维素和果胶等胶体则填充在网络之中，从而使整个 细胞壁既具有刚性又具有弹性。
与酵母和细菌的细胞壁一样，真菌细胞壁的 强度和聚合物的网状结构有关，不仅如此， 它还含有几丁质或纤维素的纤维状结构，所 以强度有所提高。
4、细胞壁的结构与细胞破碎
为了破碎细胞，必须克服的主要阻力是网状 结构的共价键。
在用酶法或化学法来溶解细胞壁时，细胞 壁的结构和组成显得特别重要，可用来作为 选择溶菌酶和化学方法的依据。
短肽一般由四或五个氨基酸组成，如L－丙氮酸－ D－谷氨酸－L－赖氨酸－D－丙氨酸。而且短肽 中常有D－氨基酸与二氨基庚二酸存在。
聚糖键是N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸交替 地通过β-l，4-糖苷键联接而成。短肽接在N－乙酰 胞壁酸上，相邻的短肽又交叉相联，形成了网状 结构。
革兰氏阳性菌的细胞壁较厚，肽聚糖占40％一 90％，其余是多糖和磷壁酸。