(生化工程课件）15 细胞破碎.ppt

知识点： l????细胞壁的组成 l????细胞破碎技术 l????破碎率的测定 l????基因工程包涵体的纯化方法 重点： ? 了解不同生物细胞壁的结构组成 ?????掌握细胞破碎技术及操作条件的优化和选择 难点： √ ?常用破碎方法的合理选用 细胞破碎 15.1 细胞壁的组成和结构 15.1.1 微生物细胞壁的化学组成和结构 革兰氏阳性菌 革兰氏阴性菌 酵母 真菌 肽 聚 糖 G+菌和G-菌细胞壁比较 G+菌和G-菌细胞壁比较 破碎细菌的主要阻力是 肽聚糖的网状结构，其网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，交联程度大，网结构就致密 细胞壁的组成和破碎阻力 15.1.2　植物细胞壁的化学组成和结构 微生物细胞的破碎技术 细胞破碎主要方法 细胞破碎机理 15.2 细胞破碎技术 机械法 （1）高压匀浆器 高压匀浆器是大规模破碎细胞的常用方法。利用高压迫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造成细胞破裂，见图15－5。 在工业规模的细胞破碎中，对于酵母菌等难破碎的及浓度高或处于生长静止期的细胞，常采用多次循环的操作方法 其破碎属于一级反应速度过程，被破碎的细胞分率符合公式： ln[1／（l－R）]＝KNPα 其中 R——破碎率 K——与温度有关的速度常数 P一操作压力 N一悬浮液通过匀浆器阀的次数 α——与微生物种类有关的常数；破碎酵母菌,α值可取2. 2。 影响破碎的主要因素是压力、温度和通过匀浆器阀的次数。 机械破碎法与非机械法比较 X－press法 改进的高压方法 将浓缩的菌体悬浮液冷却至－25℃至－30℃ 形成冰晶体 利用500 MPa以上的高压冲击冷冻细胞从高压阀小孔中挤出 细胞破碎是由于冰晶体的磨损，包埋在冰中的微生物的变形所引起的。 主要用于实验室中 该法对冷冰－融解敏感的生化物质不适用。 （3）高速珠磨机 研磨是常用的一种方法，它将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨，达到某种程度破碎。 Mickle高速组织捣碎机和Braun匀浆器是实验室规模的细胞破碎设备，利用玻璃小珠撞击微生物细胞而达到破碎的目的。 主要缺点 破碎期间样品温度迅速升高,用二氧化碳来冷却解决。 较大量的微生物细胞可用胶质磨来处理。 工业规模破碎中，采用高速珠磨机 圆盘的高速旋转，使细胞悬浮液和玻璃珠相互搅动 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的 ? 破碎作用符合下列公式： ln［l／（l一R）］＝Kt 其中 K— 一级反应速度常数； t—时间；R—破碎率。 一级反应速度常数K与许多操作参数有关， 影响因素 珠体的直径，细胞浓度和珠磨机的负荷，料液的流速，搅拌器的转速和构型，以及温度等。即影响破碎程度，也影响所需能量 根据细胞大小和浓度以及在连续流动的操作过程中不使珠体带出来选择珠体的大小 珠体在磨室中的装量影响破碎程度和所需能量，破碎面包酵母菌适宜的珠体装量为80％，珠体量的增加使热扩散性能降低而引起温度升高 增加搅拌速度能提高破碎效率，但过高的速度反而会使破碎率降低，能量消耗增大，所以搅拌转速应适当。 撞击 （4）超声波振荡器 超声波破碎也是应用较多的一种破碎方法。通常采用的超声波破碎机在15到25千赫（kHz）的频率下操作，细胞的破碎是由于超声波的空穴作用。这种空穴泡由于又受到超声波的迅速冲击而闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘附性旋涡在介质中的悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内液体发生流动，从而使细胞破碎。 超声波振荡容易引起温度的剧烈上升，操作时可以在细胞悬浮液中投入冰或在夹套中通入冷却剂进行冷却。 电声超声波发生器 （5）化学法 采用化学法处理来溶解细胞或提取细胞组分。例如酸碱及表面活性剂处理，可以使蛋白质水解，细胞溶解或使某些组分从细胞内渗漏出来。 15.2.3 选择破碎方法的依据 选择合适的破碎方法需要考虑下列因素： （1）细胞的处理量 （2） 细胞壁的强度和结构 细胞壁的强度取决于网状高聚物的交联程度外，还取决于构成壁的聚合物种类和壁的厚度，如酵母和真菌的细胞壁与细胞相比，含纤维素和几丁质，强度较高，故在选用高压匀浆法时，后者就比较容易破碎 （3）目标产物产物对破碎条件（温度、化学试剂、酶等）的敏感性； （4）破碎程度 机械破碎常会使细胞碎片变得很细小，固液分离很困难，因此，操作条件的控制很重要 15.3 破碎率的测定