细胞破碎
细胞破碎的名词解释
细胞破碎的名词解释细胞，作为生物体的基本结构和功能单位，广泛存在于生物界的各个领域。
从单细胞的原核生物到多细胞的复杂生物系统，细胞在构建和维持生命过程中起到了至关重要的作用。
然而，有时候，细胞会经历破碎这一过程，这是细胞学中一个具有重要意义的现象。
细胞破碎，又被称为细胞溶解、细胞裂解或细胞破裂，是指细胞结构完整地被瓦解并释放细胞内的内容物。
这一过程通常在特定的生理或病理情况下发生，在整个生命过程中具有重大影响，并在多个领域得到广泛研究。
细胞破碎可以采取不同的形式和机制，其中包括细胞溶解和细胞裂解。
细胞溶解是细胞膜破裂，细胞内部的各种细胞器被释放到细胞外环境中，细胞溶解往往发生在细胞死亡或损伤的过程中。
而细胞裂解则是指细胞内部膜系的破裂，导致细胞内的亚细胞结构和细胞器被释放出来。
细胞裂解常见于实验室研究和技术操作中，以获得特定的细胞组分。
细胞破碎有多种触发机制。
其中一个重要的机制是细胞凋亡，也被称为程序性细胞死亡。
细胞凋亡是一个高度调控的过程，在生理和病理情况下发挥重要的作用。
在细胞凋亡中，细胞会收缩和凝聚，细胞膜表面的脂质二层会破裂，释放出凋亡体，这些细胞内的有害物质最终会被引发和清除。
细胞破碎还可以通过机械力、热力以及化学刺激等方式来实现。
在生理和病理情况下，细胞受到外部刺激或压力时，细胞膜的完整性可能会受到破坏，导致细胞破碎。
此外，高温、酸碱度的改变，以及化学物质的作用也可能导致细胞破碎。
细胞破碎在生物学领域中有着广泛的应用。
例如，在实验室中，研究者通常需要获得特定的亚细胞结构或细胞器，以便进行进一步的研究和分析。
细胞破碎技术可以帮助研究者获得所需的细胞组分。
此外，在生物工程和生物医学研究中，细胞破碎也被应用于细胞组织工程、药物递送和基因治疗等领域。
然而，对于细胞破碎的机制和影响还有很多需要深入研究的问题。
例如，细胞破碎对周围环境的影响以及细胞破碎的遗传稳定性等问题需要进一步研究。
同时，对于细胞破碎的控制和调控机制的研究也具有重要意义。
细胞破碎
细胞破碎
概述
虽然几乎所有的细菌都含有肽聚糖的网状结构，但是革兰氏
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 性菌比阳性菌复杂，在电子显微镜超薄切片观察，可见革兰 氏阳性菌细胞壁较厚，具有20～80nm的肽聚糖层，约占细 胞 壁 成 分 的 40 ～ 90 ％ ， 此 外 细 胞 壁 还 含 有 大 量 磷 壁 酸 (eichoic acid)。而革兰氏阴性菌的肽聚糖层较薄，仅2～ 3nm，占细胞壁成分的10％左右，由于肽聚糖之间仅由四肽 侧链直接连接，缺乏五肽桥，故层较疏松，而且肽聚糖居于 细胞壁最内层，紧贴在细胞膜上，在肽聚糖层外面还有一较 厚的外壁层(约8～10nm)，主要成分为脂蛋白、脂多糖和其 它脂类，因此，革兰氏阴性菌细胞壁中脂类含量较高。
细胞破碎
细胞破碎技术
高压匀浆法适用的范围
高压匀浆法适用的范围： 酵母和大多数细菌细胞的破碎。 料液细胞浓度可达到20%左右。 ☆团状和系状菌易造成高压匀浆器的堵塞，不宜使用高 压匀浆法。
细胞破碎
细胞破碎技术
高压匀浆法使用时注意事项
高压匀浆器的操作温度上升约２－３℃/10MPa 为了保护目标产物的生物活性，需要对料液作冷却处理。 多组破碎操作中需要在级间设置冷却装置可有效防止温 度上升，保护产物活性。
出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和 高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作方式
上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可 连续操作。为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节温 度，使出口温度调节在20℃左右。在工业规模的细胞破碎中， 对于酵母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。
细胞破碎
细胞破碎技术
工艺学3-细胞破碎
第三章
第一节 第二节 第三节
（二）高速珠磨机 （High speed bead mill）
第三章
第一节 第二节 第三节
高速珠磨机工作原理
磨室内放置玻璃小珠，装在同心轴上的园 盘搅拌器高速旋转，使细胞悬浮液和玻离 小珠相互搅动，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。
（二）、目的物的稳定性 （三）、破碎效果和产物释放率
第三章
第一节 第Байду номын сангаас节 第三节
方法 匀浆法
机 械 珠磨法 法
超声波
表 3-1 常用的细胞破碎方法
原理
特点
基于液相的剪切力
适用面广，处理量大，速度快，在工业生产上广 泛应用，但不适用于某些高度分支的微生物，另 外产热大，可能造成生物活性物质失活
利用研磨作用破碎
胞 内 冰 晶 引 起 细 胞 膨 较温和，但破碎作用较弱，常需反复冻融，仅
胀破裂
适于在实验室中使用
渗透压冲击法 渗透压突然变化，使细 较温和，但破碎作用较弱，常与酶法合用 胞快速膨胀破裂
化学试剂处理 应 用 化 学 试 剂 溶 解 细 需选择合适的试剂，减小对活性物质的破坏，
胞 或 抽 提 某 些 细 胞 组 可应用于大规模生产
第三章
第一节 第二节 第三节
三、化学法（Chemical treatment）
（一）、加入化学试剂 1、用碱处理 2、用脂溶性有机溶剂 3、表面活性剂
（二）酶解法（Enzymatic lysis） （三）制成丙酮粉
第三章
第一节 第二节 第三节
四、选择破碎方法的依据
（一）、规模及成本 工业规模：高压匀浆和珠磨
细胞的破碎
该区域通透性增加
表面活性剂
❖ 天然的表面活性剂有胆酸盐和磷脂等 ❖ 合成的表面活性剂 离子型如十二烷基硫酸钠（SDS，阴离子型）；十六烷基三甲基溴
化铵（阳离子型） 非离子型如Triton X-100和吐温（Tween）等
表面活性剂Triton X-100－非离子型清洁剂 ❖ 其作用部位主要是内膜的双磷脂层。 ❖ 对疏水性物质有很强的亲和力，能结合并溶解磷脂， ❖ Triton X-100常与其它试剂混合使用。
目前实验室应用较多的是变性剂盐酸胍和脲处理E. coli 基因工程菌，渗透出重组蛋白质。
复合试剂
❖ 根据不同试剂的作用机理，将介质试剂合理搭配使用，能有 效的提高胞内物质的释放率。
如：单独用0.1M的胍处理E. coli，可释放1％的胞内蛋白，用
0.5% Triton X-100可释放4％胞内蛋白，二者结合使用，在 同样时间内可使53％的胞内蛋白释放。
蜗牛酶适于酵母细胞的处理
自溶作用
❖ 通过调节温度、pH或添加有机溶剂，诱使细胞产生溶解自 身的酶的方法也是一种酶溶法，称为自溶。
❖ 自溶作用是酶解的另一种方法 ❖ 微生物代谢过程中，大多数都能产生一种能水解细胞壁上聚
合结构的酶，以便使生长过程进行下去。 ❖ 改变微生物的环境，可以诱发产生过剩的这种酶或激发产生
物理法和化学法的比较
物理破碎法缺点：
A、高能、高温、高噪音、高剪切力(四高)，易使产品变性 失活；
B、非专一性，胞内产物均释放，分离纯化困难； C、细胞碎片大小不一，难分离。
化学破碎法缺点：
A、费用高； B、引起新的污染，尤其是其他化学方法； C、一般只有有限的破碎，常需与其他物理法连用。
3.2 细胞破碎方法
实验室常用的细胞破碎方法
实验室常用的细胞破碎方法
实验室常用的细胞破碎方法有物理法和化学法。
1、物理法
（1）反复冻融：将细胞反复放置于-20℃冷冻以及25-30℃环境下，反复冷冻溶解10次-20次。
适用于例如血细胞等大部分哺乳动物细胞。
（2）煮沸法：与冻融法相反，将细胞放置于100℃沸水煮沸5-10分钟，适用于大部分微生物细胞。
（3）超声法：将细胞放置于超声破碎仪中，以一定频率的超声破碎细胞，适用于绝大部分微生物细胞。
（4）渗透压法：将血细胞等细胞膜较为薄弱的细胞放置于纯水等低渗溶液，细胞吸收大量水分破解。
（5）液氮法：植物细胞一般采用液氮捻磨的方法破解细胞。
2、化学法
（1）强酸、强碱溶液：一般应用0.5N NaOH溶液可以裂解绝大部分动物细胞和微生物细胞。
（2）生物酶：一般用溶菌酶、蛋白酶K等酶裂解微生物细胞。
细胞破碎的技巧
细胞破碎的技巧
细胞破碎是一种常用的实验技术，用于释放和提取细胞内的蛋白质、DNA、RNA 等物质。
下面是一些常用的细胞破碎技巧：
1. 震荡法：使用震荡器或振荡器将细胞在缓冲液中震荡破碎。
这种方法适合于破碎较小数量的细胞，效果较轻微。
2. 超声波破碎法：使用超声波振荡器将细胞暴露在超声波中，超声波的能量对细胞进行破碎。
这种方法可以快速高效地破碎大量的细胞。
3. 高压法：利用高压机或高压均质器将细胞通过高压作用破碎。
这种方法适用于比较坚硬的细胞或细胞壁较厚的细胞。
4. 冷冻破碎法：将液氮浸入细胞悬液中，使细胞迅速冷冻，然后用玻璃杵或超声波破碎器打碎冷冻的细胞。
这种方法适用于需要保留细胞内部结构的实验。
5. 酶解法：使用特定的酶来破坏细胞壁或细胞膜，使细胞释放出内部的物质。
这种方法适用于特定的细胞类型和实验目的。
不同的细胞类型和实验目的可能需要不同的破碎方法，因此选择合适的方法是十分重要的。
此外，为了最大限度地保留目标物质的完整性和活性，选择合适的缓
冲液和温度条件也是非常重要的。
细胞破碎课件PPT
酶解法是一种利用酶来分解细胞壁的方法，通常使用溶菌酶、蜗牛酶等酶类物质。
酶解法的优点在于对细胞壁的破坏作用较小，能够保持细胞内物质的完整性，适用 于提取细胞内活性物质。
酶解法的缺点在于酶的种类和浓度对破碎效果影响较大，且酶解过程较慢，需要较 长时间才能达到理想的破碎效果。
溶菌酶破碎
溶菌酶是一种专门作用于细菌 细胞壁的酶，能够破坏细菌细 胞壁，使细胞壁水解而破碎。
高压破碎
原理
常用设备
利用高压作用使细胞膜破裂，释放细胞内 的物质。
高压均质机、高压破碎机等。
应用范围
注意事项
适用于各种类型的细胞，尤其是对细胞壁 有破坏作用的高压破碎。
高压破碎需要严格控制压力和作用时间， 以避免对细胞内物质造成过度破坏。同时 ，需要确保设备的安全性和稳定性。
04
生物法破碎细胞
酶解法
溶菌酶破碎适用于革兰氏阳性 菌和革兰氏阴性菌的破碎，尤 其对革兰氏阳性菌的破碎效果 较好。
溶菌酶破碎的优点在于破碎效 率较高，且对细胞内物质的破 坏作用较小。
蜗牛酶破碎
蜗牛酶是一种天然的酶，能够分解细 胞壁和细胞膜，使细胞内的物质释放 出来。
蜗牛酶破碎的优点在于能够有效地释 放细胞内的物质，且对细胞内物质的 破坏作用较小。
免疫学研究
细胞破碎后提取的细胞成分可以用于免疫学研究，如抗原-抗体反应、 细胞因子检测等，有助于深入了解免疫系统的功能和调控机制。
在药物制备中的应用
1 2
天然药物提取
许多天然药物来源于动植物细胞，通过破碎细胞 可以提取有效成分，如中药材的有效成分。
合成药物的合成与改造
在药物合成中，细胞破碎可用于释放细胞内的酶 或其他生物催化剂，以促进药物的合成或改造。
细胞破碎方法
破碎技术除了某些细胞外的多肽激素和某些蛋白质与酶以外，对于细胞内或多细胞生物组织中的各种生物大分子的分离纯化，都需要事先将细胞和组织破碎，使生物大分子充分释放到溶液中，并不丢失生物活性。
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，要采取专门的细胞破碎方法。
1.机械破碎(1)研磨研磨是将剪碎的动物组织置于研钵或匀浆器中，加入少量石英砂研磨或匀浆，即可将动物细胞破碎，这种方法比较温和，适宜实验室使用。
工业生产中可用电磨研磨。
细菌和植物组织细胞的破碎也可用此法。
(2)匀浆匀浆这是一种较剧烈的破碎细胞的方法，通常可先用家用食品加工机将组织打碎，然后再用10000r/min-20000r/min 的内刀式组织捣碎机(即高速分散器)将组织的细胞打碎，为了防止发热和升温过高，通常是转10秒-20秒，停10秒-20秒，可反复多次。
(3)胶体磨胶体磨的基本原理是流体或半流体物料在离心力的作用下，强制通过高速相对运动的定齿与动齿之间，使物料受到强大的剪切力，磨擦力、高频振动和高速旋涡等复杂力等作用，有效地被粉碎、乳化、均质、混合，从而达到精细超微的效果。
定转子间的高速相对运动是使胶体磨工作获得物理微细度的主要条件，只有提高磨盘的精密度与线速度，才能达到良好的加工效果。
2. 物理破碎(1)压榨压榨是一种温和的、彻底破碎细胞的方法。
在1000×105Pa-2000×105Pa 的高压下使几十毫升的细胞悬液通过一个小孔突然释放至常压，细胞将彻底破碎。
这是一种较理想的破碎细胞的方法，但仪器费用较高。
(2)冷热交替冷热交替是在90℃左右维持数分钟，立即放入冰浴中使之冷却，如此反复多次，绝大部分细胞可以被破碎，细菌或病毒中提取蛋白质和核酸时可用此技术。
(3)反复冻融反复冻融是将待破碎的细胞冷至15℃-20℃，然后放于室温(或40℃)迅速融化，如此反复冻融多次，由于细胞内形成冰粒使剩余胞液的盐浓度增高而引起细胞破碎。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
方法
技术
机 研磨法
械 法 组织捣碎法
原理
效果 成本
细胞被研磨物磨碎 适中 便宜
细胞被捣碎机捣碎 适波法
须使细胞通过的小 孔，使细胞受到剪 切力而破碎
用超声波的空穴作 用使细胞破碎
剧烈 适中
适中 昂贵
细胞悬浮液大 规模处理
细胞悬浮液小 规模处理
方法
技术
原理
效果 成本
举例
HC23-高压细胞破碎 DY89-1 型电动玻璃匀
机
浆机
（三）超声波破碎 破碎原理：超声波作用下液体发生空化作用，产生极大的
冲击波和剪切力，使细胞破碎。
超声波破碎仪
二 非机械法
（一）酶溶法 1 原理：利用酶反应分解破坏细胞壁组分的特殊化学键，从 而达到破碎细胞的目的。 2方法 （1）外加酶法：根据细胞壁的组分组成特点，选用合适的酶 ，分解破坏细胞壁，然后在低渗溶液中使细胞破裂。
4.渗透压冲击法 细胞在高渗透压介质中平衡后，再突然 将其转至低渗透压环境中，水会大量进入细胞，使细胞壁和膜胀 破
5. 撞击破碎法 细胞冷冻后成为刚性球体，降低破碎难度。 操作：细胞喷雾高速冻结高速载气（300 m/s氮气流）将冻结的 微粒子送入破碎室，高速撞击撞击板。
高速氮气 冷冻细胞
细胞壁的破碎方法总结
影响因素：温度 、时间 、 p H 、激活剂和细胞代谢途 径
（二）化学破碎法
1 概念 利用某 些化学试剂 改变细胞壁或细胞膜的通透性（渗透
性）使胞内物质有选择地渗透出来 的处理方法叫化学破碎法。 2常用的化学试剂 （1）有机溶剂法
有机溶剂可破坏细胞壁或膜中的类脂结构 ，从而改变细胞 壁或细胞膜的透过性 ，再经提取可使膜结合的酶或胞内酶等释 放到胞外 。
酶法 酶消化法
细胞壁被消化，使细胞破 温和 昂贵 碎
化学法 有机溶剂法
表面活性剂 法
有机溶剂溶解细胞壁并使 之失稳
表面活性剂溶解细胞壁
适中 温和
便宜 适中
甲苯破碎酵母细 胞
胆盐作用于大肠 杆菌
方法
技术
物 渗透冲击
理 法 反复冻融法
撞击破碎 干燥法
原理 渗透压破坏细胞
效果 成本
举例
温和 便宜 血红细胞的破坏
-15℃至-20℃冷冻， 再室温下融化，膜的疏 水键被破碎
温和
体细胞失水
剧烈
常用的有机溶剂：甲苯 、丙酮 、丁醇 、氯仿等 。 （2）表面活性剂法
可促使细胞某些组分溶解 ，其增溶作用有助于细胞破碎 。 常用的表面活性剂： Trition X － １００ 、Tween等
（三）物理方法 1. 反复冻融法 利用细胞在快速冷冻时，细胞内水很快结
晶，形成大量晶核，体积增大，将细胞胀破 2. 温度差破碎法 利用温度的突然变化使细胞通过热胀冷
例如：溶菌酶（lysozyme），它能专一地分解细胞壁上 糖蛋白分子的β－1,4糖苷键。
（2）自溶法：特殊的酶溶方式 ，所需的溶胞酶由生物细胞 自身产生 。 当细胞在一定的 pH 和适宜的温度条件下保温一 段时间后 ， 即可通过细胞自身存在的酶系将细胞破坏 ，使细 胞内物质释出 ，其效果取决于自溶条件 。
缩的作用而破碎的方法 例如：将待破碎细胞在90℃维持数分钟，立即放入冰水
浴使之冷却，如此反复多次，绝大部分细胞可以被破碎。从细菌 或病毒中提取蛋白质和核酸时可用此法。
3. 干燥法 主要通过在干燥过程中使细胞壁膜结合的水分 丧失，细胞渗透性发生改变，当用丙酮、丁醇或缓冲液等对干燥 细胞进行处理时，胞内物质就容易被抽提出来。可分为：空气干 燥、真空干燥、冷冻干燥和喷雾干燥。
细胞破碎常用方法
细胞破碎常用方法 破碎方式
机械法
非机械法
研磨法 组织 高压 捣碎 匀浆 法
超声 酶溶法 化学法 物理法
破碎
细胞破碎机理
一 机械法
（一）组织捣碎法 利用组织捣碎机的高速旋转叶片所产生的剪切力将细胞捣碎。
组织捣碎匀浆机
（二）匀浆法
作用机理：利用匀浆器所产生的剪切力将组织细胞破碎。