微生物细胞破碎培训课件

基本要求：基本要求：了解细胞壁的组成与结构和常用破碎方了解细胞壁的组成与结构和常用破碎方法及破碎技术的研究方向，掌握破碎率的法及破碎技术的研究方向，掌握破碎率的测定方法。测定方法。重点：重点：细胞壁的组成与结构；细胞壁结构与细细胞壁的组成与结构；细胞壁结构与细胞破碎；常用破碎方法；破碎率的测定。胞破碎；常用破碎方法；破碎率的测定。6/18/20241微生物细胞破碎 微生物的代谢产物可以分成两类：胞内微生物的代谢产物可以分成两类：胞内产物和胞外产物（多数）。产物和胞外产物（多数）。胞外产物：分泌到细胞外的代谢产物。胞外产物：分泌到细胞外的代谢产物。如大多数小分子代谢产物、细菌产生的碱如大多数小分子代谢产物、细菌产生的碱性蛋白酶、霉菌产生的糖化酶等。性蛋白酶、霉菌产生的糖化酶等。胞内产物：微生物分泌并在细胞内累积胞内产物：微生物分泌并在细胞内累积的代谢产物。的代谢产物。如大多数酶蛋白、类脂、部分抗生素、如大多数酶蛋白、类脂、部分抗生素、基因工程产品（胰岛素、干扰素、白细胞基因工程产品（胰岛素、干扰素、白细胞介素介素-2-2等）等）6/18/20242微生物细胞破碎第一节第一节 细胞壁的组成与结构细胞壁的组成与结构细菌细胞壁细菌细胞壁酵母菌细胞壁酵母菌细胞壁霉菌细胞壁霉菌细胞壁细胞壁结构与细胞破碎细胞壁结构与细胞破碎6/18/20243微生物细胞破碎 细胞破碎的目的是破坏细胞外围使胞内细胞破碎的目的是破坏细胞外围使胞内物质释放出来。微生物的外围通常包括细物质释放出来。微生物的外围通常包括细胞壁和细胞膜。胞壁和细胞膜。细胞壁：细胞壁：为细胞外壁，具有固定细胞外为细胞外壁，具有固定细胞外形和保护细胞免受机械损伤或渗透压破坏形和保护细胞免受机械损伤或渗透压破坏的功能。的功能。细胞膜：细胞膜：为细胞内壁，是一层具有高度为细胞内壁，是一层具有高度选择性的半透膜，控制细胞内外一些物质选择性的半透膜，控制细胞内外一些物质的交换渗透作用。的交换渗透作用。6/18/20244微生物细胞破碎 细胞破碎的主要阻力来自细胞壁，不同细胞破碎的主要阻力来自细胞壁，不同类型的微生物、处于不同生长时期的同一类型的微生物、处于不同生长时期的同一种微生物，细胞壁的结构特性是不同的，种微生物，细胞壁的结构特性是不同的，取决于遗传和环境因素。取决于遗传和环境因素。6/18/20245微生物细胞破碎6/18/20246微生物细胞破碎一、细菌细胞壁一、细菌细胞壁 肽聚糖是细菌细胞壁的主要化学成份，肽聚糖是细菌细胞壁的主要化学成份，它是一个大分子复合体，由多糖链借短肽交它是一个大分子复合体，由多糖链借短肽交链而成。链而成。细菌破碎的主要阻力来自肽聚糖的网状细菌破碎的主要阻力来自肽聚糖的网状结构，其网状结构的致密程度和强度取决于结构，其网状结构的致密程度和强度取决于多糖链上存在的肽键数量和其交链程度，交多糖链上存在的肽键数量和其交链程度，交链程度越大，网状结构越致密，破碎难度越链程度越大，网状结构越致密，破碎难度越大。大。6/18/20247微生物细胞破碎革兰氏革兰氏阴性阴性菌细胞壁结构模式图菌细胞壁结构模式图6/18/20248微生物细胞破碎革革兰兰氏氏阳阳性性菌菌细细胞胞壁壁结结构构模模式式图图6/18/20249微生物细胞破碎二、酵母菌细胞壁：二、酵母菌细胞壁：酵母菌细胞壁由特殊的酵母纤维素构成，其主酵母菌细胞壁由特殊的酵母纤维素构成，其主要成分是葡聚糖（要成分是葡聚糖（30-34%）、甘露聚糖（）、甘露聚糖（30%）、）、蛋白质（蛋白质（6-8%）和脂类。）和脂类。酵母细胞壁结构可分成三层：最里层葡聚糖层，酵母细胞壁结构可分成三层：最里层葡聚糖层，构成细胞壁的刚性结构，使细胞具有一定的形状；构成细胞壁的刚性结构，使细胞具有一定的形状；最外层是甘露聚糖层；葡聚糖层和甘露聚糖层依最外层是甘露聚糖层；葡聚糖层和甘露聚糖层依靠处于中间层的蛋白质交链在一起，形成网状结靠处于中间层的蛋白质交链在一起，形成网状结构。构。和细菌细胞壁一样，酵母细胞壁破碎的主要阻和细菌细胞壁一样，酵母细胞壁破碎的主要阻力决定于壁结构交链的紧密程度和壁的厚度。力决定于壁结构交链的紧密程度和壁的厚度。6/18/202410微生物细胞破碎6/18/202411微生物细胞破碎酵酵母母细细胞胞壁壁的的结结构构示示意意图图M甘露聚糖P 磷酸二酯键G 葡聚糖6/18/202412微生物细胞破碎三、霉菌细胞壁：三、霉菌细胞壁：霉菌细胞壁主要由多糖（霉菌细胞壁主要由多糖（80-90%80-90%）组）组成，其次含较少的蛋白质和脂类。成，其次含较少的蛋白质和脂类。霉菌的多糖壁是由几丁质和葡聚糖构霉菌的多糖壁是由几丁质和葡聚糖构成，几丁质的结构和纤维素很相似。成，几丁质的结构和纤维素很相似。由于霉菌细胞壁中含几丁质或纤维素由于霉菌细胞壁中含几丁质或纤维素的纤维状结构，其强度比细菌和酵母菌的的纤维状结构，其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高。细胞壁有所提高。6/18/202413微生物细胞破碎四、细胞壁结构和细胞破碎四、细胞壁结构和细胞破碎 1 1、微生物细胞壁的形状和强度取决于细、微生物细胞壁的形状和强度取决于细胞壁的组成、细胞壁组成物质的交链程度。胞壁的组成、细胞壁组成物质的交链程度。细胞破碎的主要阻力来自连接细胞壁网状细胞破碎的主要阻力来自连接细胞壁网状结构的共价键。结构的共价键。2 2、在机械破碎中，细胞的大小、形状、在机械破碎中，细胞的大小、形状、细胞壁厚度和聚合物的交链程度是影响破碎细胞壁厚度和聚合物的交链程度是影响破碎的重要因素。的重要因素。3 3、在酶法和化学法中，细胞壁的组成是、在酶法和化学法中，细胞壁的组成是主要因素，其次是细胞壁的结构。主要因素，其次是细胞壁的结构。6/18/202414微生物细胞破碎第二节第二节 常用破碎方法常用破碎方法珠磨法珠磨法高压匀浆法高压匀浆法超声破碎法超声破碎法酶溶法酶溶法化学渗透法化学渗透法其他方法其他方法6/18/202415微生物细胞破碎 细胞破碎方法按是否使用外力分为机械细胞破碎方法按是否使用外力分为机械法和非机械法。法和非机械法。机械法有：机械法有：珠磨法、高压匀浆法、超声珠磨法、高压匀浆法、超声破碎法等。破碎法等。使用机械法时，机械能转为热量，温度使用机械法时，机械能转为热量，温度升高，多数情况下采用冷却措施。升高，多数情况下采用冷却措施。非机械法有：酶溶法、化学法、物理法、非机械法有：酶溶法、化学法、物理法、干燥法等。干燥法等。6/18/202416微生物细胞破碎6/18/202417微生物细胞破碎6/18/202418微生物细胞破碎一、珠磨法（一、珠磨法（Bead mill）工作原理：工作原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠子和细胞之间剪搅拌或研磨，研磨剂、珠子和细胞之间剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。6/18/202419微生物细胞破碎6/18/202420微生物细胞破碎实验室规模：实验室规模：Mickle高速组织捣碎机和高速组织捣碎机和Braum匀浆器。匀浆器。中试规模：胶质磨中试规模：胶质磨工业规模：高速珠磨机工业规模：高速珠磨机6/18/202421微生物细胞破碎 破碎作用符合一级动力学；破碎作用符合一级动力学；破碎程度用细胞破碎率（破碎程度用细胞破碎率（%）或单位细）或单位细胞释放的内含物（胞释放的内含物（mg/g）表示。）表示。6/18/202422微生物细胞破碎细胞破碎动力学方程：细胞破碎动力学方程：6/18/202423微生物细胞破碎6/18/202424微生物细胞破碎 延长研磨时间、增加珠体量、提高搅拌延长研磨时间、增加珠体量、提高搅拌转速和操作温度等都可有效地提高细胞破转速和操作温度等都可有效地提高细胞破碎率。碎率。高破碎率将大大增加能耗；温度升高；高破碎率将大大增加能耗；温度升高；大分子物质损失增加；细胞碎片较小，不大分子物质损失增加；细胞碎片较小，不易分离。易分离。珠磨法的破碎率一般控制在珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。以下。6/18/202425微生物细胞破碎二、高压匀浆法二、高压匀浆法 (High-pressure homogenization)高压匀浆法是大规模细胞破碎的常用方高压匀浆法是大规模细胞破碎的常用方法，所用的设备是高压匀浆器，由高压泵和法，所用的设备是高压匀浆器，由高压泵和匀浆阀组成。匀浆阀组成。其工作原理：利用高压使细胞悬浮液通其工作原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环，过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环，使细胞破裂。使细胞破裂。6/18/202426微生物细胞破碎6/18/202427微生物细胞破碎 阀阀座座的的形形式式对对破破碎碎细细胞胞有有影影响响阀座结构阀座结构(a)a)平边阀座；平边阀座；(b)b)刃缘阀座刃缘阀座6/18/202428微生物细胞破碎 刃缘阀座破碎效刃缘阀座破碎效率更高，但更易摩率更高，但更易摩损。损。不同阀座中蛋白质的释放情况不同阀座中蛋白质的释放情况6/18/202429微生物细胞破碎 在工业规模的细胞破碎中，对于酵母等在工业规模的细胞破碎中，对于酵母等难破碎的细胞及高浓度的细胞，常采用多难破碎的细胞及高浓度的细胞，常采用多次循环破碎的方法。次循环破碎的方法。高压室的压力为高压室的压力为5570MPa。6/18/202430微生物细胞破碎细胞破碎动力学方程：细胞破碎动力学方程：6/18/202431微生物细胞破碎 破碎率与微生物的种类和生长环境有关：破碎率与微生物的种类和生长环境有关：酵母细胞较细菌难破碎；酵母细胞较细菌难破碎；静止状态的细胞比快速生长状态的细胞难静止状态的细胞比快速生长状态的细胞难破碎；破碎；在复合培养基上培养的细胞较简单合成培在复合培养基上培养的细胞较简单合成培养基培养的细胞难破碎。养基培养的细胞难破碎。6/18/202432微生物细胞破碎 不宜采用不宜采用高压匀浆法破碎的微生物细胞：高压匀浆法破碎的微生物细胞：易造成堵塞的团状或丝状真菌；易造成堵塞的团状或丝状真菌；较小的革兰氏阳性菌；较小的革兰氏阳性菌；含有包含体的基因工程菌（包含体质地含有包含体的基因工程菌（包含体质地坚硬，易损伤匀浆阀）。坚硬，易损伤匀浆阀）。6/18/202433微生物细胞破碎高压匀浆法和珠磨法的比较：高压匀浆法和珠磨法的比较：（1）高压匀浆法适合小批量，每次最少可处理）高压匀浆法适合小批量，每次最少可处理20mL，珠磨法最少需要珠磨法最少需要85mL，只能得到只能得到50mL的的浆液。浆液。（2）珠磨法兼具破碎和冷却，而高压匀浆法只）珠磨法兼具破碎和冷却，而高压匀浆法只能间接冷却。能间接冷却。（3）珠磨法一次破碎效率高，高压匀浆法需循）珠磨法一次破碎效率高，高压匀浆法需循环环2-4次。次。（4）珠磨法适用范围广，几乎所有的微生物细）珠磨法适用范围广，几乎所有的微生物细胞都适用。高压匀浆不适合于丝状菌和有包含体胞都适用。高压匀浆不适合于丝状菌和有包含体的工程菌。的工程菌。6/18/202434微生物细胞破碎三、超声破碎三、超声破碎(Ultrasonication)(Ultrasonication)：在高强度声能输入下可以进行细胞破在高强度声能输入下可以进行细胞破碎，其工作原理可能和空化现象引起的冲碎，其工作原理可能和空化现象引起的冲击波和剪切力有关，击波和剪切力有关，空化现象是在超强声波作用下，气泡空化现象是在超强声波作用下，气泡形成、长大和破碎的现象。形成、长大和破碎的现象。通常采用声频在通常采用声频在15-215-25kHz5kHz的超声破碎的超声破碎机。机。6/18/202435微生物细胞破碎 超声波处理菌体细胞的效果：杆菌易于超声波处理菌体细胞的效果：杆菌易于球菌，革兰氏阴性菌易于革兰氏阳性菌，球菌，革兰氏阴性菌易于革兰氏阳性菌，对酵母菌效果差。对酵母菌效果差。超声波破碎适合小规模细胞破壁，实验超声波破碎适合小规模细胞破壁，实验室。室。大规模易导致敏感活性物质失活。大规模易导致敏感活性物质失活。破壁时升温快，靠预加冰块或夹套冷却破壁时升温快，靠预加冰块或夹套冷却控温。控温。6/18/202436微生物细胞破碎连连续续破破碎碎池池的的结结构构简简图图11细胞悬浮液；细胞悬浮液；22超声探头；超声探头；33冷却水夹套；冷却水夹套；44超声嘴；超声嘴；5 5入口；入口；6 6出口出口6/18/202437微生物细胞破碎细胞破碎动力学方程：细胞破碎动力学方程：6/18/202438微生物细胞破碎四、酶溶法四、酶溶法(Enzymatic lysis)工作原理：利用酶反应，分解破坏细工作原理：利用酶反应，分解破坏细胞壁上的特殊键，从而达到破壁的目的。胞壁上的特殊键，从而达到破壁的目的。酶溶法分外加酶法和自溶法两种。酶溶法分外加酶法和自溶法两种。6/18/202439微生物细胞破碎1、外加酶法、外加酶法常用的溶酶：常用的溶酶：溶菌酶（溶菌酶（lysozyme）；-1，3葡聚糖酶（葡聚糖酶（glucanase）；-1，6葡聚糖酶；葡聚糖酶；蛋白酶（蛋白酶（protease）；肽链内切酶（肽链内切酶（endopeptidase）；甘露糖酶（甘露糖酶（mannanase）等。等。6/18/202440微生物细胞破碎 溶菌酶主要用于细菌；溶菌酶主要用于细菌；其它酶对较酵母效果较好。其它酶对较酵母效果较好。溶酶具有高度专一性，使用时要根据细溶酶具有高度专一性，使用时要根据细胞壁结构和化学组成选择适当的酶，并确胞壁结构和化学组成选择适当的酶，并确定相应的次序。定相应的次序。6/18/202441微生物细胞破碎酵母细胞酶溶法破碎：酵母细胞酶溶法破碎：先用蛋白酶打开先用蛋白酶打开（）层上的蛋白质）层上的蛋白质-甘露糖结构，使两甘露糖结构，使两者溶解，裸露出者溶解，裸露出（）层，再用葡）层，再用葡聚糖酶作用，使原聚糖酶作用，使原生质体露出，这时生质体露出，这时改变缓冲液的渗透改变缓冲液的渗透压，即可使细胞膜压，即可使细胞膜破裂。破裂。6/18/202442微生物细胞破碎酶溶法的应用：实验室酶溶法的应用：实验室 （1 1）剥离细胞壁，剥离细胞壁，将原生质体进行将原生质体进行融合。融合。（2 2）释放出克隆的胞内蛋白。）释放出克隆的胞内蛋白。（3 3）与机械细胞破碎法协同作用。）与机械细胞破碎法协同作用。（4 4）从细胞内不同位置选择性释放）从细胞内不同位置选择性释放产物。产物。在使用酶溶法时，应注意控制温度、在使用酶溶法时，应注意控制温度、pHpH，酶用量和酶作用次序。酶用量和酶作用次序。6/18/202443微生物细胞破碎 酶溶法的优点：选择性释放产物，条酶溶法的优点：选择性释放产物，条件温和，核酸泄出量少，细胞外形完整。件温和，核酸泄出量少，细胞外形完整。酶溶法的缺点：酶溶法的缺点：(1)(1)溶酶价格高，限制了大规模使用；溶酶价格高，限制了大规模使用；(2)(2)酶溶法通用性差，不同菌种需采用酶溶法通用性差，不同菌种需采用不同的酶；不同的酶；(3)(3)存在产物抑制现象，甘露糖对蛋白存在产物抑制现象，甘露糖对蛋白酶有抑制作用，葡聚糖抑制葡聚糖酶。酶有抑制作用，葡聚糖抑制葡聚糖酶。6/18/202444微生物细胞破碎 2 2、自溶、自溶 自溶：是一种特殊的酶溶方法，其所需自溶：是一种特殊的酶溶方法，其所需要的溶胞酶由微生物自身产生。要的溶胞酶由微生物自身产生。控制一定的条件，可以诱发微生物产生控制一定的条件，可以诱发微生物产生过剩的溶胞酶或激发自身溶胞酶的活力，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。以达到细胞自溶的目的。影响自溶过程的因素主要有：温度、时影响自溶过程的因素主要有：温度、时间、间、pHpH、激活剂和代谢途径等。激活剂和代谢途径等。6/18/202445微生物细胞破碎 微生物细胞的自溶法常采用加热法或干微生物细胞的自溶法常采用加热法或干燥法。燥法。工业生产的典型例子是酵母自溶物制备。工业生产的典型例子是酵母自溶物制备。自溶法的缺点：对不稳定的微生物，易自溶法的缺点：对不稳定的微生物，易引起目的蛋白质的变性，此外，自溶后细引起目的蛋白质的变性，此外，自溶后细胞悬浮液粘度增大，过滤速率下降。胞悬浮液粘度增大，过滤速率下降。6/18/202446微生物细胞破碎五、化学渗透法五、化学渗透法(Chemical permeation)：利用一些化学试剂，如有机溶剂、变性利用一些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，以改变细胞壁或膜的通透性（渗透性），从以改变细胞壁或膜的通透性（渗透性），从而使胞内物质有选择地渗透出来，这种处理而使胞内物质有选择地渗透出来，这种处理方式称为化学渗透法。方式称为化学渗透法。6/18/202447微生物细胞破碎 不同化学试剂的作用方式和作用部位有所不同化学试剂的作用方式和作用部位有所差异。差异。（1）表面活性剂：）表面活性剂：可促使细胞某些成分溶解，其增溶作用可促使细胞某些成分溶解，其增溶作用有助于细胞的破碎。有助于细胞的破碎。（2）EDTA螯合剂：螯合剂：通过螯合细胞膜上的金属离子（通过螯合细胞膜上的金属离子（Ca2+、Mg2+），破坏细胞膜的结构，增加细胞膜的），破坏细胞膜的结构，增加细胞膜的通透性。用于处理革兰氏阴性菌。通透性。用于处理革兰氏阴性菌。6/18/202448微生物细胞破碎 （3 3）有机溶剂：）有机溶剂：分解细胞壁中的类脂，使细胞膜溶胀，分解细胞壁中的类脂，使细胞膜溶胀，进而使细胞破碎，胞内物质释放。进而使细胞破碎，胞内物质释放。（4 4）变性剂：）变性剂：变性剂与水中的氢键作用，削弱溶质分变性剂与水中的氢键作用，削弱溶质分子间的疏水作用，从而使疏水性化合物溶子间的疏水作用，从而使疏水性化合物溶于水溶液中。于水溶液中。多种试剂的协同作用是很有效的。多种试剂的协同作用是很有效的。6/18/202449微生物细胞破碎6/18/202450微生物细胞破碎化学渗透法优点（化学渗透法优点（p74p74）：）：（1 1）对产物释放有一定选择性；小分子物质）对产物释放有一定选择性；小分子物质透过；细胞不同部位物质有选择性释放。透过；细胞不同部位物质有选择性释放。（2 2）细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘）细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘度低，易于固液分离和进一步提取。度低，易于固液分离和进一步提取。化学渗透法缺点：化学渗透法缺点：（1 1）通用性差，某种试剂只作用某些特定类）通用性差，某种试剂只作用某些特定类型的细胞；型的细胞；（2 2）时间长，效率低，一般胞内物质的释放）时间长，效率低，一般胞内物质的释放率低于率低于50%50%；（3 3）有些化学试剂有毒性，在其后的产物提）有些化学试剂有毒性，在其后的产物提取和精制过程中需设法分离除去。取和精制过程中需设法分离除去。6/18/202451微生物细胞破碎六、其他方法六、其他方法1、X-press法法 将浓缩的菌体悬浮液冷却到将浓缩的菌体悬浮液冷却到-25形成形成冰晶体，利用冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击，使以上的高压冲击，使冷冻细胞从高压阀小孔中挤出来。冷冻细胞从高压阀小孔中挤出来。细胞破碎是由于冰晶体的磨损，使包埋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引起的。在冰中的微生物变形引起的。主要用于实验室。主要用于实验室。不适于对冰冻敏感的物质。不适于对冰冻敏感的物质。6/18/202452微生物细胞破碎 2、渗透压法、渗透压法 将细胞放入高渗透压的介质中，达到平将细胞放入高渗透压的介质中，达到平衡后，转移到渗透压低的缓冲液或纯水中，衡后，转移到渗透压低的缓冲液或纯水中，由于渗透压的突然变化，水迅速进入细胞由于渗透压的突然变化，水迅速进入细胞内，引起细胞溶胀，甚至破碎，内容物释内，引起细胞溶胀，甚至破碎，内容物释放出来。放出来。适用于细胞壁较脆弱的细胞；或细胞壁适用于细胞壁较脆弱的细胞；或细胞壁已用酶处理；或在培养过程中已加入某些已用酶处理；或在培养过程中已加入某些抑制剂，使细胞壁有缺陷的情况。抑制剂，使细胞壁有缺陷的情况。6/18/202453微生物细胞破碎3 3、反复冻结、反复冻结-融化法融化法 将细胞在低温下突然冷冻而在室温下缓将细胞在低温下突然冷冻而在室温下缓慢融化，反复多次达到破壁作用。慢融化，反复多次达到破壁作用。4 4、干燥法、干燥法 通过干燥使细胞壁、膜的结合水分丧失，通过干燥使细胞壁、膜的结合水分丧失，从而改变细胞的渗透性。从而改变细胞的渗透性。当采用丙酮、丁醇或缓冲液等干燥细胞当采用丙酮、丁醇或缓冲液等干燥细胞进行处理时，胞内物质就容易被抽提出来。进行处理时，胞内物质就容易被抽提出来。6/18/202454微生物细胞破碎七、新技术七、新技术1、低温玻璃化破碎技术：、低温玻璃化破碎技术：将样将样品以尽可能快的速度直接投入品以尽可能快的速度直接投入液氮进行超快速冻结，使其发液氮进行超快速冻结，使其发生严重低温断裂现象，使细胞生严重低温断裂现象，使细胞破碎。破碎。2、噬菌体破碎技术：将噬菌体、噬菌体破碎技术：将噬菌体感染宿主细胞，并和细胞的染感染宿主细胞，并和细胞的染色体一起复制、传代，当需要色体一起复制、传代，当需要细胞裂解时，可通过改变环境细胞裂解时，可通过改变环境条件如紫外照射、提高环境温条件如紫外照射、提高环境温度等，使之裂解细胞。度等，使之裂解细胞。6/18/202455微生物细胞破碎第三节第三节 破碎率的测定与破碎技术的研究方向破碎率的测定与破碎技术的研究方向一、破碎率的测定一、破碎率的测定 1 1、直接测定法：、直接测定法：计数破碎前后的细胞数，计数破碎前后的细胞数，直接计算其破碎率。直接计算其破碎率。2 2、目的产物测定法：、目的产物测定法：细胞破碎后，通过细胞破碎后，通过测定破碎液中目的产物的释放量，来估测定破碎液中目的产物的释放量，来估算破碎率。算破碎率。3 3、导电率测定法：、导电率测定法：利用破碎前后导电率利用破碎前后导电率的变化来测定破碎程度。的变化来测定破碎程度。6/18/202456微生物细胞破碎二、破碎技术的研究方向二、破碎技术的研究方向1 1、多种破碎方法相结合、多种破碎方法相结合 先用化学法或酶法对细胞处理，破坏先用化学法或酶法对细胞处理，破坏细胞膜的某些物质组成，使壁膜的机械细胞膜的某些物质组成，使壁膜的机械强度下降，然后再用机械法处理，可大强度下降，然后再用机械法处理，可大大提高破碎率。大提高破碎率。6/18/202457微生物细胞破碎 2 2、与上游过程相结合、与上游过程相结合 在发酵过程中，培养基、生长期、操作在发酵过程中，培养基、生长期、操作参数等因素对细胞壁膜的结构和组成有一参数等因素对细胞壁膜的结构和组成有一定影响。定影响。细胞的破碎与上游培养过程有关：细胞的破碎与上游培养过程有关：培养过程控制；寄主细胞的选择；包含培养过程控制；寄主细胞的选择；包含体的形成；克隆噬菌体溶解基因；耐高温体的形成；克隆噬菌体溶解基因；耐高温产品的基因表达。产品的基因表达。6/18/202458微生物细胞破碎3 3、与下游过程相结合、与下游过程相结合 细胞破碎和固液分离紧密相关，因此，细胞破碎和固液分离紧密相关，因此，必须从后分离过程的整体来看待细胞破必须从后分离过程的整体来看待细胞破碎的可操作性。碎的可操作性。6/18/202459微生物细胞破碎问答题：问答题：1 1、常用细胞破碎方法的基本原理、特点及适用性。、常用细胞破碎方法的基本原理、特点及适用性。2 2、破碎率控制的原则是什么？、破碎率控制的原则是什么？3 3、如何处理包含体从而得到具有活性的蛋白？、如何处理包含体从而得到具有活性的蛋白？(查资料查资料)4 4、破碎技术的研究方向？、破碎技术的研究方向？5 5、细胞破碎方法的选择依据有哪些？、细胞破碎方法的选择依据有哪些？(查资料查资料)6/18/202460微生物细胞破碎