细胞悬浮液自高压室针 形阀喷出时，每秒速度 高达几百米，高速喷出 的浆液又射到静止的撞 击环上，被迫改变方向 从出口管流出。细胞在 阀杆 这一系列高速运动过程 阀座 撞击环 阀杆 中经历了高速剪切、碰 压力控制手轮 撞及压力骤降，造成细 APV Manton Gaulin 高压匀浆器针型阀结构 胞破碎。
革兰氏 阴性细菌 10-13 nm
酵母菌 100-300nm
霉菌 真菌 100-250nm
层次
单层
多层
肽聚糖 (5-10%) 脂蛋白 脂多糖(11-22%) 磷脂 蛋白质
多层
葡聚糖(30-40%) 甘露聚糖(30%) 蛋白质(6-8%) 脂类(8.513.5%)
多层
多聚糖 (80-90%) 脂类 蛋白质
16
标准阀
细胞破碎阀
锯齿阀
刀型阀 锥型阀 球型细胞破碎阀 高压匀浆器各种阀型设计
17
高压匀浆器的种类
高压匀浆器的种类较多：


WAB公司的AVP Gaulin 31MR型 Bran and luebbe 公司SHL40型 意大利Niro Soavi
第三章 微生物细胞破碎
1
生物分离过程的一般流程
原料液 原料液 细胞分离 ( 细胞分离 ( 离心，过滤 离心，过滤 )) 细胞－胞内产物 细胞－胞内产物 路线一B 包含体 溶解(加盐酸胍、脲 加盐酸胍、脲 ) 复性 细胞破碎 碎片分离 碎片分离 粗分离( 盐析、萃取、超过滤等 盐析、萃取、超过滤等 ) 纯化( 层析、电泳 层析、电泳 ) 脱盐( 凝胶过滤、超过滤 凝胶过滤、超过滤 ) 浓缩( 超过滤 超过滤) 精制( 结晶、干燥 结晶、干燥 )

9
真菌的细胞壁



真菌的细胞壁较厚，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，少数含纤维素。 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。
2
路线一
路线二
清液－胞外产物
路线一A
本章内容
本章的主要内容
常见的细胞壁结构
细胞破碎技术
包涵体的纯化方法
3
概述
n
n
n
n
微生物代谢产物大多分泌到细胞外，如大多数小分子代谢产 物，以及细菌产生的碱性蛋白酶、霉菌产生的糖化酶、淀粉 酶等等，称为胞外产物。 但有些目的产物存在于细胞内部，如大多数的酶、蛋白、类 脂等，称为胞内产物。 自80年代以来，基因工程广泛应用，许多具有重要价值的生 物产品应运而生，如胰岛素、白细胞介素、干扰素等。许多 基因工程产物都是胞内产物，分离提取这些产物时，首先必 须将细胞破碎，使产物释放，才能进一步提取分离。 因此，破碎技术已引起了基因工程专家和生化工程专家的极 大关注。
通过各种物理因素的作用， 使组织、细胞的外层结构破 坏，而使细胞破碎。 通过各种化学试剂对细胞 膜的作用，而使细胞破碎 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
机械破碎 物理破碎
捣碎法 研磨法 匀浆法 超声法 温度差破碎法 压力差破碎法 有机溶剂： 表面活性剂： 酸碱 自溶法 外加酶制剂法
主要 肽聚糖(40-90%) 组成 多糖 胞壁酸 蛋白质 脂多糖(1-4%)
12
3.2 细胞破碎技术
破碎方式 机械法 非机械法
固体剪切 作用 压榨 研 磨
液体剪切 作用 高 压 匀 浆 超 声 破 碎
干燥 处理 酶溶法
溶胞 作用 化学法 物理法
珠磨法
13
细胞破碎方法及其原理
通过机械运动产生的剪切 力，使组织、细胞破碎。
10

红面包霉菌细胞壁具有同心圆层 状结构主要存在三种聚合物 最外层 (a) 是α- 和β- 葡聚糖的 混合物， 第2层(b)是糖蛋白的网状结构 第3层(c)主要是蛋白质， 最内层(d)主要是几丁质。
红面包霉菌细胞壁的结构示意图
11
细胞壁的组成和结构
微生 物 壁厚
革兰氏 阳性细菌 20-80 nm
4
概 述
细胞破碎（cell rupture）技术是指利用外力破
坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物质包括目的产 物成分释放出来的技术。
细胞破碎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。
为了研究细胞破碎，提高其破碎率，有必要了
解各种微生物细胞壁的组成和结构。
5
3.1 细胞壁结构对破碎的影响
微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞 壁里面是细胞膜，动物细胞没有细胞壁，仅有 细胞膜。 通常细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压 冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于 细胞壁。 不同细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞 壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就 不同。
6
细菌细胞壁结构
14
化学破碎
酶促破碎
一、机械法
机械破碎法又可分为 高压匀浆破碎法（homogenization） 高速珠研磨破碎法（bead grinding） 超声波破碎法（ultrasonication）
15
1.高压匀浆法 （High-pressure homogenization）
采用高压匀浆器（由高压泵和匀浆阀组成）。
药物名称
胰岛素
宿主
大肠杆菌
用途
治疗糖尿病
人生长激素
α-干扰素
大肠杆菌
大肠杆菌
治疗侏儒病
治疗毛状细胞白血病等
8
酵母细胞壁的结构示意图
最里层是由葡聚糖的细纤维 组成，它构成了细胞壁的刚 性骨架，使细胞具有一定的 形状， 上面的是一层糖蛋白， 最外层是甘露聚糖，由 1,6磷酸二酯键连接成网状。在 该层的内部，有甘露聚糖 酶的复合物。 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。
几乎所有细菌的细胞壁都是 由肽聚糖组成，它是难溶性 的聚糖链； 相邻聚糖链上的短肽又交叉 相联，构成了细胞壁的三维 网状结构，包围在细胞周围；
使细胞具有一定的形状和强 度。
7Leabharlann 细菌细胞壁结构

破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网状结构， 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。 革兰氏阴性菌的细胞壁结构与革兰氏阳性菌有很大 不同。 革兰氏阴性菌典型的生物是大肠杆菌，通过这种 细胞生产了很多细胞重组的产物。