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细胞破碎方法综述
细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细
胞内容物包括目的产物成分释
放出来的技术，
是分离纯化细胞内
合成的非分泌型生化物质
（产品）
的基础。
结合重组
DNA
技术和组织培养技术上的重大进展，以前认
为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。
关键词：细胞破碎；细胞壁；细胞膜；细胞破碎方法
1
前言
目标
产物的分离纯化在现代生物技术工业中占有十分重要的位置，它决定着产品的纯
度和安全
性，也决定着产品的收率与成本。许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞
外，
而保留在细胞内。
破碎细胞的目的就是使细胞壁和细胞膜受到不同程
度的破坏或破碎，
释放其中的目标产物。
自
20
世纪
80
年代初重组
DNA
技术得到广泛应用以来
,
生物技术发生了质的飞跃
,
生物
产品的数量越来越多
,
许多具有重大应用价值的产品应运而生
,
如具有显著医疗作用的胰
岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一
2
等
,
它们的基因分别
在宿主细胞
(
如大肠杆菌或
酵母细胞<
/p>
)
内克隆表达成为基因工程产物
,
从而提高了产量
,
降低了成本。很多基因工程
产
物都是胞内物质
(
如上述药物经克
隆表达后都属胞内物质
),
分离提取这类产物时
,
必须将
细胞破壁
,
使产物得以释放
,
才能进一步提取。因此细胞破
碎是提取胞内产物的关键性步骤
,
破碎技术的研究更加引起基因
工程专家和生化工程学者的关注。
2
细胞破碎技术
2
．
1
高压匀浆破碎法（
homogenization
）
高压匀浆器是常用的设备，它由可产生高压的正向排代泵（
positiv
e displacenemt
pump
）和排出阀（
discharge valve
）组成，排出阀具有狭窄的小孔，其
大小可以调节。
细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速
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。
2
．
2
振荡珠击破碎法
(Skaking Bead)
将等体积的小量组织样品与高密度的
< br>ZircoBeads
放入可密封的
2ml
螺旋盖微量管中
,
再加入缓冲液与稳定成份到
1.5ml
的体积
,
用
6500RPM
振汤机高速上下振动
8
秒
,
休息
8
秒
,
再振动
8
秒即可
.
此方法是目前最快且一次可
处理最多样品的方法
.
一台机器最多可以
在一天处理
2400
支样品
.
对小量且多样的人很方便
.
2
．
3
高速搅拌珠研磨破碎法（
fine grinding
）
研磨是常用的一种方法，它将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起
快速
搅拌，使细胞获得破碎。在工业规模的破碎中，常采用高速珠磨机
。
2
．
4
超声波破碎法（
ultrasonica
tion
）
超声波破碎法利用超声波
振荡器发射的
15-25kHz
的超声波探头处理细胞悬浮液。
超
声波振荡器有不同的类型，常用的
为电声型，它是由发生器和换能器组成，发生器能产生
高频电流，换能器的作用是把电磁
振荡转换成机械振动。超声波振荡器以可分为槽式和探
头直接插入介质两种型式，一般破
碎效果后者比前者好。
2
．
5
渗透压冲击破碎法（
osmotic
shock
）
渗透压冲击是较温和的
一种破碎方法，将细胞放在高渗透压的溶液中（如一定浓度的
甘油或蔗糖溶液），由于渗
透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到
平衡后，将介质快速稀释，
或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的
水迅速渗入胞内，引起细胞
快速膨胀而破裂。
2
．
6
冻融破碎法（
freezing and
thawing
）
将细胞放在低温下
冷冻（约
-
15℃），然后在室温中融化，反覆多次而达到破壁
作用。
由于冷冻，一方面能使细胞膜的疏水键结构破裂，从而增加细胞的亲水性能，另一
方面胞
内水结晶，形成冰晶粒，引起细胞膨胀而破裂。对于细胞壁较脆弱的菌体，可采用
此法。
2
．
7
酶溶破碎法（
enzyme
lysis
）
利用渗透压冲击等方法
破坏细胞膜，
进一步增大胞内产物的通透性。
溶菌酶
（
lysozyme)
适用于革兰氏阳性菌细胞的
分解，应用于革兰氏阴性菌时，需辅以
EDTA
使之更有效地作
用于细胞壁。
真核细胞的细胞壁不同于原核细胞，需采用不同的酶。
2
．
8
化学破碎法（
chemical
treatment
）
采用化学法处
理可以溶解细胞或抽提胞内组分。常用酸、碱、表面活性剂和有机溶剂
等化学试剂
3
超声波破碎法具体应用
3.1
超声波处理
用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞急剧震荡破裂，此
法多适用于微生物材
料，用大肠杆菌制备各种酶，常选用
50-
100
毫克菌体
/
毫升浓度，频高于<
/p>
15
～
20KHz
的超
声波在高强度声能输入下可以进行细胞破碎。其破碎机理：可能与空化现象引起的
冲击波
和剪切力有关。超声破碎的效率与声频、声能、处理时间、细胞浓度及首种类型等
因素有
关。
特点：操作简单，重复性
较好，节省时间；多用于微生物和组织细胞的破碎。
存在问题：对超声波敏感和核酸应慎用。空化作用是细胞破坏
的直接原因，同时会产
生活性氧，所以要加一些巯基保护剂。
无论用哪一种方法破碎组织细胞，都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中，
使大分子生物降解，导致天然物质量的减少，加入二异丙基氟磷酸（
DFP
）可以抑制或减
慢自溶作用；加入碘乙酸可以抑制那些活
性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性，加入苯
甲磺酰氟化物（
PMSF
）也能清除蛋白水解酶活力，但不是全部，还可通过选择
pH
、温度或
离子强度等，使这些条件都要适合于目的物质的
提取。
超声波是物质介质中的
一种弹性机械波，它是一种波动形式，因此它可以用于探测人
体的生理及病理信息，既诊
断超声。同时，它又是一种能量形式，当达到一定剂量的超声
在生物体内传播时，通过它
们之间的相互作用
.
超声波是物质介质中的一种弹性机械波，<
/p>
它是一种波动形式，因此它可以用于探测人体的生理及病理信息，既诊断超声。同时，它<
/p>