《細(xì)胞破碎技術(shù)》課件.ppt

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1、細(xì)胞破碎技術(shù)孫萬儒中國科學(xué)院微生物研究所前言細(xì)胞破碎是了解細(xì)胞組成和結(jié)構(gòu),獲得細(xì)胞內(nèi)含物的必要手段。胞內(nèi)的生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性差,條件不適極易失活。特別是微生物細(xì)胞十分微小,細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較緊密,一般方法不易將細(xì)胞打破,有些技術(shù)雖然可以,但條件嚴(yán)苛,胞內(nèi)生物活性物質(zhì)在此條件下很易失活,限制了一些技術(shù)的應(yīng)用。在一定程度上細(xì)胞破碎仍是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。破碎細(xì)胞的方法和技術(shù)細(xì)胞破碎方法┌───────┴───────┐物理法化學(xué)法滲透超聲高壓球磨研磨堿處酶法有機(jī)表面休克波法釋放法法理法溶劑活性法法法劑法細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu)微生物細(xì)胞外膜使細(xì)胞具有剛性的外形,由胞質(zhì)膜和細(xì)胞壁組成,其結(jié)

2、構(gòu)影響著細(xì)胞破碎。胞質(zhì)膜保持著細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)濃度梯度,主要由蛋白質(zhì)和脂類組成。沒有細(xì)胞壁時,膜對滲透休克敏感,對其它破碎方法影響較小。細(xì)胞壁是破碎的主要障礙,其組成和結(jié)構(gòu)對細(xì)胞破碎有重要影響。細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu)與遺傳和環(huán)境因素有關(guān),但在微生物的種屬中也存在總結(jié)構(gòu)上的相似性。細(xì)菌細(xì)胞壁的組成1964年Salton首次利用機(jī)械破碎法破碎細(xì)菌細(xì)胞，對細(xì)菌細(xì)胞壁組成、結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行研究。對格蘭氏陽性菌和格蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有了較為全面認(rèn)識。除了菌質(zhì)和一些L-型和嗜鹽菌以外，幾乎所有的細(xì)菌的壁的較堅硬部分都是由短肽交聯(lián)的糖原鏈，即粘肽構(gòu)成，圍繞著細(xì)胞形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞具有一定的

3、形狀和強(qiáng)度。細(xì)菌細(xì)胞壁的組成細(xì)菌粘肽結(jié)構(gòu)示意圖N-乙?；谒?M)和N-乙?；咸烟前?G)交替形成糖原束,由M引出的縱點代表四肽單元的氨基酸殘基，橫點代表肽交聯(lián)橋細(xì)菌細(xì)胞壁的組成不同物種的N-乙酰基胞壁酸在其側(cè)鏈基團(tuán)上的取代有變化。但對糖原鏈的三維結(jié)構(gòu)沒有明顯影響。N-乙?；谒釟埢娜樗峄c肽鏈結(jié)合，將糖原鏈聯(lián)結(jié)起來形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。至少N-乙?；谒釟埢娜轷；糠挚蔀樗碾膯卧〈?，相鄰的糖原鏈由肽橋交聯(lián)。大腸桿菌大約有50%的四肽單元未交聯(lián)，其它的僅作為二聚體交聯(lián)。在嗜酸乳酸菌中，大約有90%的四肽單元交聯(lián)，約30%的四肽單元作為三聚體交聯(lián)。細(xì)菌細(xì)胞壁的組成雖然幾乎所有

4、的細(xì)菌都含有基本的粘肽網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但格蘭氏陽性和陰性細(xì)菌的壁結(jié)構(gòu)有明顯不同。格蘭氏陽性菌的壁相當(dāng)厚，約15-50nm，含有40-90%的由基礎(chǔ)多糖和磷壁酸質(zhì)組成的粘肽，一些種屬的細(xì)胞表面有規(guī)律地排列著蛋白質(zhì)亞基。格蘭氏陰性菌細(xì)胞壁由薄的粘肽層(1.5-2.0nm)和在電子顯微照片上看如同胞質(zhì)膜一樣的外膜組成，粘肽層上還共價結(jié)合有脂蛋白，一些種屬在外膜上另外還有一層規(guī)律排列的蛋白質(zhì)亞基。酵母細(xì)胞壁酵母細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)更難加以說明?？偟慕Y(jié)構(gòu)要比格蘭氏陽性菌的厚些。面包酵母細(xì)胞壁大約為70nm，且隨培養(yǎng)時間的增加細(xì)胞壁加厚。酵母細(xì)胞壁含有大量葡聚糖，甘露聚糖和蛋白質(zhì)，但不清楚以怎樣的方式結(jié)合形成

5、基本結(jié)構(gòu)。在葡聚糖鏈上有β(1,3)和β(1,6)鍵聯(lián)結(jié)的分支鏈結(jié)構(gòu)。酵母細(xì)胞壁的甘露聚糖主要是由α(1,2)糖苷鍵和少量的α(1,3)糖苷鍵聯(lián)結(jié)的甘露糖組成，另外，也有通過α(1,6)糖苷鍵聯(lián)結(jié)的甘露寡糖側(cè)鏈，在甘露糖殘基上有時也有磷酸二酯鍵。在酵母細(xì)胞壁上發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)主要是與甘露糖復(fù)合，多數(shù)是酶，而不是結(jié)構(gòu)組分。酵母細(xì)胞壁格蘭氏陽性(a)和陰性(b)細(xì)菌的細(xì)胞壁的橫斷面圖CM代表胞質(zhì)膜;CW為細(xì)胞壁結(jié)構(gòu);SU為有規(guī)律排列的亞基;PG為粘肽層;OM為格蘭氏陰性菌的外膜；類型不同，亞基可能存在也可能不存在。酵母細(xì)胞壁酵母細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)示意圖外層甘露聚糖(M)通過磷酸二酯鍵與蛋白(P)

6、結(jié)合，內(nèi)部蛋白含有交聯(lián)的糖原(G)真菌細(xì)胞壁大多數(shù)真菌的細(xì)胞壁是由多糖和少量的蛋白質(zhì)及脂類組成，但組成變化很大，只有個別的真菌細(xì)胞壁作了較詳細(xì)研究。正如細(xì)菌和酵母一樣，多糖是構(gòu)成細(xì)胞形狀和耐受破碎的主要結(jié)構(gòu)物。真菌細(xì)胞壁組成和結(jié)構(gòu)的多樣性，不能將一個種屬的結(jié)果推廣到另一個種屬上。從影響細(xì)胞破碎的角度看，有其共同點，就是菌絲體生長過程中細(xì)胞壁的變化對細(xì)胞破碎的影響。細(xì)胞壁組分與真菌分類關(guān)鍵多糖分類組纖維素，糖原集胞(粘)菌綱(Acrasiomycetes)纖維素，β-葡聚糖卵菌目(Oomycetes),水霉目(Saprolegnicales)霜霉目(Peronosporales),

7、水節(jié)霉目(Leptomitales)纖維素，殼多糖，卵菌目(Oomycetes),水節(jié)霉目(Leptomitales)β-葡聚糖纖維素，殼多糖絲壺菌目(Hyphochytridiomycetes)去乙?；鶜ざ嗵?，接合菌目(Zygomycetes)殼多糖殼多糖，β-葡聚糖壺菌目(Chytridiomycetes),子囊菌目[(Ascomycetes),除了半子囊菌亞綱(Hemiascomycetidae)],擔(dān)子菌綱[Basidiomycetes)除了擲孢酵母科(Sporobolo