細胞破碎技(jì )術是指利用(yòng)外力破壞細胞膜和細胞壁，使細胞内容物(wù)包括目的産(chǎn)物(wù)成分(fēn)釋放出來的技(jì )術，是分(fēn)離純化細胞内合成的非分(fēn)泌型生化物(wù)質(zhì)（産(chǎn)品）的基礎。 結合重組DNA技(jì )術和組織培養技(jì )術上的重大進展，以前認為(wèi)很(hěn)難獲得的蛋白質(zhì)現在可(kě)以大規模生産(chǎn)。

細胞破碎阻力

細菌

幾乎所有(yǒu)細菌的細胞壁都是由肽聚糖（peptidoglycan）組成，它是難溶性的聚糖鏈（glycan chain），借助短肽交聯而成的網狀結構，包圍在細胞周圍，使細胞具(jù)有(yǒu)一定的形狀和強度。短肽一般由四或五個氨基酸組成，如L-丙氨酰-D-谷氨酰-L-賴氨酰-D-丙氨酸。而且短肽中(zhōng)常有(yǒu)D-氨基酸與二氨基庚二酸存在。 破碎細菌的主要阻力是來自于肽聚糖的網狀結構，其網結構的緻密程度和強度取決于聚糖鏈上所存在的肽鍵的數量和其交聯的程度，如果交聯程度大，則網結構就緻密。

酵母菌

酵母細胞壁的最裏層是由葡聚糖的細纖維組成，它構成了細胞壁的剛性骨架，使細胞具(jù)有(yǒu)一定的形狀，覆蓋在細纖維上面的是一層糖蛋白，最外層是甘露聚糖，由1,6一磷酸二酯鍵共價連接，形成網狀結構。在該層的内部，有(yǒu)甘露聚糖-酶的複合物(wù)，它可(kě)以共價連接到網狀結構上，也可(kě)以不連接。與細菌細胞壁一樣，破碎酵母細胞壁的阻力主要決定于壁結構交聯的緊密程度和它的厚度。

真菌

黴菌的細胞壁主要存在三種聚合物(wù)，葡聚糖（主要以β-1,3糖苷鍵連接，某些以β-1,6糖苷鍵連接），幾丁質(zhì)（以微纖維狀态存在）以及糖蛋白。最外層是α-和β-葡聚糖的混合物(wù)，第2層是糖蛋白的網狀結構，葡聚糖與糖蛋白結合起來，第3層主要是蛋白質(zhì)，最内層主要是幾丁質(zhì)，幾丁質(zhì)的微纖維嵌入蛋白質(zhì)結構中(zhōng)。與酵母和細菌的細胞壁一樣，真菌細胞壁的強度和聚合物(wù)的網狀結構有(yǒu)關，不僅如此，它還含有(yǒu)幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結構，所以強度有(yǒu)所提高。

植物(wù)細胞

對于已生長(cháng)結束的植物(wù)細胞壁可(kě)分(fēn)為(wèi)初生壁和次生壁兩部分(fēn)。 初生壁是細胞生長(cháng)期形成的。 次生壁是細胞停止生長(cháng)後，在初生壁内部形成的結構。 目前，較流行的初生細胞壁結構是由Lampert等人提出的“經緯”模型，依據這一模型，纖維素的微纖絲以平行于細胞壁平面的方向一層一層敷着在上面，同一層次上的微纖絲平行排列，而不同層次上則排列方向不同，互成一定角度，形成獨立的網絡，構成了細胞壁的“經”，模型中(zhōng)的“緯”是結構蛋白（富含羟脯氨酸的蛋白），它由細胞質(zhì)分(fēn)泌，垂直于細胞壁平面排列，并由異二酪氨酸交聯成結構蛋白網，徑向的微纖絲網和緯向的結構蛋白網之間又(yòu)相互交聯，構成更複雜的網絡系統。半纖維素和果膠等膠體(tǐ)則填充在網絡之中(zhōng)，從而使整個細胞壁既具(jù)有(yǒu)剛性又(yòu)具(jù)有(yǒu)彈性。 在次生壁中(zhōng)，纖維素和半纖維素含量比初生壁增加很(hěn)多(duō)，纖維素的微纖絲排列得更緊密和有(yǒu)規則，而且存在木(mù)質(zhì)素（酚類組分(fēn)的聚合物(wù)）的沉積。因此次生壁的形成提高了細胞壁的堅硬性，使植物(wù)細胞具(jù)有(yǒu)很(hěn)高的機械強度。

細胞破碎技(jì )術

目前已發展了多(duō)種細胞破碎方法，以便适應不同用(yòng)途和不同類型的細胞壁破碎。 破碎方法可(kě)規納為(wèi)機械法和非機械法兩大類。

機械法

高壓勻漿破碎法（homogenization）

高壓勻漿器是常用(yòng)的設備，它由可(kě)産(chǎn)生高壓的正向排代泵（positive displacenemt pump）和排出閥（discharge valve）組成，排出閥具(jù)有(yǒu)狹窄的小(xiǎo)孔，其大小(xiǎo)可(kě)以調節。細胞漿液通過止逆閥進入泵體(tǐ)内，在高壓下迫使其在排出閥的小(xiǎo)孔中(zhōng)高速沖出，并射向撞擊環上，由于突然減壓和高速沖擊，使細胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作(zuò)方式上，可(kě)以采用(yòng)單次通過勻漿器或多(duō)次循環通過等方式，也可(kě)連續操作(zuò)。為(wèi)了控制溫度的升高，可(kě)在進口處用(yòng)幹冰調節溫度，使出口溫度調節在20℃左右。在工(gōng)業規模的細胞破碎中(zhōng)，對于酵母等難破碎的及濃度高或處于生長(cháng)靜止期的細胞，常采用(yòng)多(duō)次循環的操作(zuò)方法。

振蕩珠擊破碎法 (Shaking Bead)

将等體(tǐ)積的小(xiǎo)量組織樣品與高密度的ZircoBeads放入可(kě)密封的2ml螺旋蓋微量管中(zhōng)，再加入緩沖液與穩定成分(fēn)到1.5ml的體(tǐ)積，用(yòng)6500RPM振蕩機高速上下振動8秒(miǎo)，休息8秒(miǎo)，再振動8秒(miǎo)即可(kě).此方法是目前最快且一次可(kě)處理(lǐ)最多(duō)樣品的方法. 一台機器最多(duō)可(kě)以在一天處理(lǐ)2400支樣品.對小(xiǎo)量且多(duō)樣的人很(hěn)方便.

高速攪拌珠研磨破碎法（fine grinding）

研磨是常用(yòng)的一種方法，它将細胞懸浮液與玻璃小(xiǎo)珠、石英砂或氧化鋁等研磨劑一起快速攪拌，使細胞獲得破碎。在工(gōng)業規模的破碎中(zhōng)，常采用(yòng)高速珠磨機 。

超聲波破碎法（ultrasonication）

超聲波破碎法利用(yòng)超聲波振蕩器發射的15-25kHz的超聲波探頭處理(lǐ)細胞懸浮液。 超聲波振蕩器有(yǒu)不同的類型，常用(yòng)的為(wèi)電(diàn)聲型，它是由發生器和換能(néng)器組成，發生器能(néng)産(chǎn)生高頻電(diàn)流，換能(néng)器的作(zuò)用(yòng)是把電(diàn)磁振蕩轉換成機械振動。超聲波振蕩器以可(kě)分(fēn)為(wèi)槽式和探頭直接插入介質(zhì)兩種型式，一般破碎效果後者比前者好。

非機械法

滲透壓沖擊破碎法（osmotic shock）

滲透壓沖擊是較溫和的一種破碎方法，将細胞放在高滲透壓的溶液中(zhōng)（如一定濃度的甘油或蔗糖溶液），由于滲透壓的作(zuò)用(yòng)，細胞内水分(fēn)便向外滲出，細胞發生收縮，當達到平衡後，将介質(zhì)快速稀釋，或将細胞轉入水或緩沖液中(zhōng)，由于滲透壓的突然變化，胞外的水迅速滲入胞内，引起細胞快速膨脹而破裂。

凍融破碎法（freezing and thawing）

将細胞放在低溫下冷凍（約-15℃），然後在室溫中(zhōng)融化，反複多(duō)次而達到破壁作(zuò)用(yòng)。由于冷凍，一方面能(néng)使細胞膜的疏水鍵結構破裂，從而增加細胞的親水性能(néng)，另一方面胞内水結晶，形成冰晶粒，引起細胞膨脹而破裂。對于細胞壁較脆弱的菌體(tǐ)，可(kě)采用(yòng)此法。

酶溶破碎法（enzyme lysis）

酶解是利用(yòng)溶解細胞壁的酶處理(lǐ)菌體(tǐ)細胞，使細胞壁受到部分(fēn)或完全破壞後，再利用(yòng)滲透壓沖擊等方法破壞細胞膜，進一步增大胞内産(chǎn)物(wù)的通透性。溶菌酶（lysozyme）适用(yòng)于革蘭氏陽性菌細胞的分(fēn)解，應用(yòng)于革蘭氏陰性菌時，需輔以EDTA使之更有(yǒu)效地作(zuò)用(yòng)于細胞壁。 真核細胞的細胞壁不同于原核細胞，需采用(yòng)不同的酶。

化學(xué)破碎法（chemical treatment）

采用(yòng)化學(xué)法處理(lǐ)可(kě)以溶解細胞或抽提胞内組分(fēn)。常用(yòng)酸、堿、表面活性劑和有(yǒu)機溶劑等化學(xué)試劑

去垢劑破碎法（detergents）

蛋白質(zhì)複性

利用(yòng)包含體(tǐ)與細胞碎片的密度差，用(yòng)離心法将包含體(tǐ)與細胞碎片和可(kě)溶性蛋白質(zhì)分(fēn)開，獲得了幹淨的包含體(tǐ)，再對包含體(tǐ)溶解複性。這樣首先就擺脫了大量的雜蛋白、核酸、熱原、内毒素等雜質(zhì)，使後面的分(fēn)離純化簡單了。從這個角度上講，包含體(tǐ)的形成對分(fēn)離純化亦有(yǒu)好處。