細胞破碎
應(yīng)用介紹
細胞破碎
利用大腸桿菌、酵母等菌種進行發(fā)酵，然后經(jīng)過破壁后提取細胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)等活性的產(chǎn)物是生物工程中的重要技術(shù)。而這些工藝中很重要的一步就是細胞破碎。
保持細胞活性
保持細胞活性的重要參數(shù)是溫度和時間，物料在高壓均質(zhì)閥內(nèi)部的約0.01秒的瞬間，在高壓的作用下溫度會上升到大約10～15℃。
通過均質(zhì)閥后在經(jīng)過換熱器的作用下，溫度在2~3秒作用會迅速下降，所以物料在溫度相對較高的條件下僅僅維持多3秒鐘。
細菌
幾乎所有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(lián)而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包圍在細胞周圍，使細胞具有一定的形狀和強度。短肽一般由四或五個胺基酸組成，如L-丙氨醯-D-谷氨醯-L-賴氨醯-D-丙氨酸。而且短肽中常有D-胺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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)結(jié)構(gòu)的致密程度和強度取決于聚糖鏈上所存在的肽鍵的數(shù)量和其交聯(lián)的程度，如果交聯(lián)程度大。
酵母菌
酵母細胞壁的里層是由葡聚糖的細纖維組成，它構(gòu)成了細胞壁的剛性骨架，使細胞具有一定的形狀，覆蓋在細纖維上面的是一層糖蛋白，外層是甘露聚糖，由1,6一磷酸二酯鍵共價連接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在該層的內(nèi)部，有甘露聚糖-酶的復(fù)合物，它可以共價連接到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，也可以不連接。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(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密程度和它的厚度。
真菌
霉菌的細胞壁主要存在三種聚合物，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)（以微纖維狀態(tài)存在）以及糖蛋白。外層是α-和β-葡聚糖的混合物，第2層是糖蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，葡聚糖與糖蛋白結(jié)合起來，第3層主要是蛋白質(zhì)，內(nèi)層主要是幾丁質(zhì)，幾丁質(zhì)的微纖維嵌入蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中。與酵母和細菌的細胞壁一樣，真菌細胞壁的強度和聚合物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，不僅如此，它還含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)，所以強度有所提高。
植物細胞
對于已生長結(jié)束的植物細胞壁可分為初生壁和次生壁兩部分。 初生壁是細胞生長期形成的。 次生壁是細胞停止生長后，在初生壁內(nèi)部形成的結(jié)構(gòu)。 較流行的初生細胞壁結(jié)構(gòu)是由Lampert等人提出的“經(jīng)緯”模型，依據(jù)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著在上面，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(wǎng)路，構(gòu)成了細胞壁的“經(jīng)”，模型中的“緯”是結(jié)構(gòu)蛋白（富含羥脯氨酸的蛋白），它由細胞質(zhì)分泌，垂直于細胞壁平面排列，并由異二酪氨酸交聯(lián)成結(jié)構(gòu)蛋白網(wǎng)，徑向的微纖絲網(wǎng)和緯向的結(jié)構(gòu)蛋白網(wǎng)之間又相互交聯(lián)，構(gòu)成更復(fù)雜的網(wǎng)路系統(tǒng)。半纖維素和果膠等膠體則填充在網(wǎng)路之中，從而使整個細胞壁既具有剛性又具有彈性。 在次生壁中，纖維素和半纖維素含量比初生壁增加很多，纖維素的微纖絲排列得更緊密和有規(guī)則。因此次生壁的形成提高了細胞壁的堅硬性，使植物細胞具有很高的機械強度。
