第三章细胞分离技术课件.ppt
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1、第1页,此课件共61页哦第2页,此课件共61页哦 设计试验,请用生物工程学的原理和方法生设计试验,请用生物工程学的原理和方法生产治疗糖尿病的胰岛素?产治疗糖尿病的胰岛素?第3页,此课件共61页哦 分离胞内产物与胞外产物的差别是什么?分离胞内产物与胞外产物的差别是什么?v为回收和提纯胞内产品为回收和提纯胞内产品,必须先将它们从必须先将它们从胞内释放到胞外胞内释放到胞外,然后进行分离纯化。然后进行分离纯化。v可以采用分泌性宿主使胞内产物直接分可以采用分泌性宿主使胞内产物直接分泌到胞外泌到胞外;v也可用破碎细胞的方法使其释放出来。也可用破碎细胞的方法使其释放出来。第4页,此课件共61页哦v细胞与液体
2、物质的分离又称为固液分离,固细胞与液体物质的分离又称为固液分离,固液分离方法包括过滤与离心沉降。液分离方法包括过滤与离心沉降。一、过滤一、过滤 指利用多孔性介质截流固体悬浮液中的固指利用多孔性介质截流固体悬浮液中的固体颗粒,进行固液分离的方法。体颗粒,进行固液分离的方法。过滤不但是传统的化工单元,而且是目过滤不但是传统的化工单元,而且是目前工业生产中用于分离细胞和不溶性物质的前工业生产中用于分离细胞和不溶性物质的主要方法。主要方法。第5页,此课件共61页哦过过 滤滤一般过滤:微生物、动植物细胞一般过滤:微生物、动植物细胞膜过滤:膜过滤:蛋白质等物质的选择性分离蛋白质等物质的选择性分离一般过滤:
3、以压力差作为推动力。一般过滤:以压力差作为推动力。第6页,此课件共61页哦v沉降法沉降法:指固体颗粒在外力作用下与液体物质做:指固体颗粒在外力作用下与液体物质做相对运动最终实现固液分离的技术。相对运动最终实现固液分离的技术。v沉降法根据作用外力的不同,可分为沉降法根据作用外力的不同,可分为重力沉降重力沉降和和离心沉降离心沉降。第7页,此课件共61页哦v离心沉降是利用惯性离心力和物质的沉降系数离心沉降是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的一项分离、浓缩或或浮力密度的不同而进行的一项分离、浓缩或提取条件。提取条件。1)离心沉降的原理:)离心沉降的原理:固体和液体之间存在一定的固体
4、和液体之间存在一定的密度差密度差,且固体,且固体密度大于液体的密度。密度大于液体的密度。2)影响离心沉降速度的)影响离心沉降速度的因素因素密度差密度差、颗粒大小颗粒大小、液体粘度液体粘度、离心力大小离心力大小第8页,此课件共61页哦vu=d2(s)r2/18 1)密度差越大密度差越大(s),离心沉降速度越快;,离心沉降速度越快;2)固体颗粒尺寸越大,越容易离心固体颗粒尺寸越大,越容易离心;3)液体粘度液体粘度越大,越不容易离心;越大,越不容易离心;4)离心力离心力r2的大小对固液分离影响很大。的大小对固液分离影响很大。第9页,此课件共61页哦v3)离心机的分类离心机的分类分离因数分离因数 Fr
5、 r2g分离因数分离因数 Fr 的大小分为的大小分为11)Fr3000 常速离心机常速离心机12)Fr 30005 000 中速离心机中速离心机13)Fr 5000 高速离心机高速离心机14)Fr=2104106 超速离心机超速离心机第10页,此课件共61页哦v离心分离法根据其操作方式的不同,又可分为离心分离法根据其操作方式的不同,又可分为差速差速离心离心和和密度梯度离心密度梯度离心。如果所要的蛋白质如果所要的蛋白质(或生物大分子或生物大分子)主要集中在某一细胞组主要集中在某一细胞组分,如细胞核、染色体、核糖体或可溶性的细胞质等;分,如细胞核、染色体、核糖体或可溶性的细胞质等;则可利用则可利用
6、差速离心(差速离心(differential centrifugation)方法方法将将它们分开收集,该细胞组分作为下步纯化的材料。它们分开收集,该细胞组分作为下步纯化的材料。第11页,此课件共61页哦优点优点:可以一下子除去很多杂蛋白质,使纯化工:可以一下子除去很多杂蛋白质,使纯化工作容易得多。作容易得多。如果碰上所要蛋白质是与细胞膜或膜质细胞如果碰上所要蛋白质是与细胞膜或膜质细胞器结合的,则必须利用超声波或去污剂使膜器结合的,则必须利用超声波或去污剂使膜结构解聚,然后用适当的介质提取。结构解聚,然后用适当的介质提取。第12页,此课件共61页哦差速离心是利用不同差速离心是利用不同离心速度离心
7、速度产生产生不同离不同离心力心力,将各种亚细胞组分和各种颗粒分,将各种亚细胞组分和各种颗粒分别分开。别分开。不同物质有不同的形状、大小、质量和密度不同物质有不同的形状、大小、质量和密度,当在介质中离心时,它们的,当在介质中离心时,它们的沉降速度沉降速度各有各有差异。差异。第13页,此课件共61页哦大的颗粒碎片在低速时很快沉降,被分离大的颗粒碎片在低速时很快沉降,被分离的物质留在上清液中的物质留在上清液中;逐步增加离心力,进一步离心上清液,逐步增加离心力,进一步离心上清液,使中等颗粒沉降,使中等颗粒沉降,最后是大小和密度最小的颗粒沉降。最后是大小和密度最小的颗粒沉降。1注意:每次得到的沉淀,必须
8、经过几次洗涤注意:每次得到的沉淀,必须经过几次洗涤后,反复悬浮和离心,才能得到比较纯的部后,反复悬浮和离心,才能得到比较纯的部分。分。第14页,此课件共61页哦第15页,此课件共61页哦为了将细胞中各种组分纯化分离,首先要在为了将细胞中各种组分纯化分离,首先要在等渗缓冲液中把细胞破碎匀浆等渗缓冲液中把细胞破碎匀浆;然后用差速离心的方法,把匀浆液中的各种然后用差速离心的方法,把匀浆液中的各种组分分离组分分离;在离心场中,不同大小的颗粒沉向离心管底在离心场中,不同大小的颗粒沉向离心管底部的速率不同。部的速率不同。第16页,此课件共61页哦1当离心力低,离心时间短时,当离心力低,离心时间短时,细胞核
9、细胞核即可沉到管底;即可沉到管底;1加大离心力后,又可分离出加大离心力后,又可分离出线粒体线粒体;1离心力再加大,才能分离出离心力再加大,才能分离出微粒体微粒体和和核糖体核糖体。1最后几步的超离心力,可超过地心引力的最后几步的超离心力,可超过地心引力的10万倍以上,万倍以上,悬液经离心分离出核糖体以后所剩的上清液,则是由悬液经离心分离出核糖体以后所剩的上清液,则是由细胞细胞原生质的可溶性部分原生质的可溶性部分和和极微小的颗粒极微小的颗粒所组成,这些组分则所组成,这些组分则需要更严格的离心方法才能分离出来需要更严格的离心方法才能分离出来 第17页,此课件共61页哦v也称分级区带离心,有:也称分级
10、区带离心,有:1)蔗糖密度梯度离心)蔗糖密度梯度离心2)氯化铯密度梯度离心)氯化铯密度梯度离心1用于用于RNA-DNA混合物、核蛋白体亚单位混合物、核蛋白体亚单位和其他细胞成分的分离和其他细胞成分的分离第18页,此课件共61页哦v一般密度梯度离心法一般密度梯度离心法:把样品铺放在一:把样品铺放在一个个连续连续的液体密度梯度上,然后进行离的液体密度梯度上,然后进行离心,并控制离心分离的时间,使得粒子心,并控制离心分离的时间,使得粒子完全沉降之前,在液体梯度中移动而形完全沉降之前,在液体梯度中移动而形成成不连续不连续的分离区带。的分离区带。第19页,此课件共61页哦第20页,此课件共61页哦v等密
11、度梯度离心法等密度梯度离心法:不同粒子存在:不同粒子存在密度差密度差时时,在离心力场作用下,粒子或向下沉降,或向,在离心力场作用下,粒子或向下沉降,或向上浮起,一直移动到与它们密度恰好相等的位上浮起,一直移动到与它们密度恰好相等的位置上(即置上(即等密度点等密度点)并形成区带,此即)并形成区带,此即等密等密度梯度离心法度梯度离心法。第21页,此课件共61页哦第22页,此课件共61页哦v1 1)离心过滤的原理)离心过滤的原理以以离心力离心力作为推动力完成作为推动力完成过滤操作过滤操作,具有具有离心离心和和过滤过滤的双重作用。的双重作用。2 2)影响离心过滤速度的因素)影响离心过滤速度的因素 过滤
12、面积和离心力过滤面积和离心力第23页,此课件共61页哦v离心过滤机可分离固体密度大于或离心过滤机可分离固体密度大于或小于液体密度的悬浮液。小于液体密度的悬浮液。v可分为可分为:连续式离心机连续式离心机和和间歇式离间歇式离心机心机。第24页,此课件共61页哦v细胞破碎细胞破碎:指选用指选用物理物理,化学化学,酶酶或或机械机械的方法来的方法来破坏细胞壁或细胞膜。破坏细胞壁或细胞膜。第25页,此课件共61页哦细胞壁化学组成非常复杂细胞壁化学组成非常复杂,取决于取决于1微生物类型微生物类型1细胞的年龄细胞的年龄1细胞的生长生理学细胞的生长生理学1多糖,脂质,蛋白质在三维结构上的排列方多糖,脂质,蛋白质
13、在三维结构上的排列方式式第26页,此课件共61页哦第27页,此课件共61页哦v破碎率:破碎率:被破碎细胞的数量占原始细胞数量的被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分数。百分数。1)直接记数法)直接记数法2)间接记数法)间接记数法第28页,此课件共61页哦v平板计数技术平板计数技术需时长;只有活细胞才能计数;会产生需时长;只有活细胞才能计数;会产生误差误差v血球细胞器上用显微镜计数血球细胞器上用显微镜计数快速而简单,但细胞小计数困难快速而简单,但细胞小计数困难第29页,此课件共61页哦在细胞破碎后,测定悬浮液中细胞释放出来在细胞破碎后,测定悬浮液中细胞释放出来的化合物的量(如可溶性蛋白,酶等)。的
14、化合物的量(如可溶性蛋白,酶等)。将破碎后的细胞悬液离心去掉固体(完整细将破碎后的细胞悬液离心去掉固体(完整细胞和碎片),然后对上清液进行含量或活性胞和碎片),然后对上清液进行含量或活性分析。分析。酶活性是破碎程度的很好指示参数。酶活性是破碎程度的很好指示参数。第30页,此课件共61页哦破碎方法破碎方法机械法机械法非机械法非机械法固体剪固体剪切作用切作用液体剪液体剪切作用切作用珠珠磨磨法法压压榨榨法法高高压压匀匀浆浆超超声声破破碎碎酶酶溶溶法法化化学学法法物物理理法法第31页,此课件共61页哦作用机理:作用机理:微生物细胞微生物细胞悬浮液悬浮液与极细的与极细的研磨研磨剂剂在搅拌浆作用下充分混匀
15、,珠子之在搅拌浆作用下充分混匀,珠子之间及珠子与细胞之间相互间及珠子与细胞之间相互剪切剪切、碰撞碰撞,促使细胞壁破裂,释放出内含物。促使细胞壁破裂,释放出内含物。第32页,此课件共61页哦影响因素:影响因素:1转盘转速转盘转速:破碎比速度与转盘速度成正比。:破碎比速度与转盘速度成正比。1细胞浓度细胞浓度:最佳浓度应由实验确定。浓度大,:最佳浓度应由实验确定。浓度大,产生的热量大,但单位细胞重量所消耗的功率小。产生的热量大,但单位细胞重量所消耗的功率小。1珠粒大小珠粒大小:在一定范围内,磨珠越小,破碎:在一定范围内,磨珠越小,破碎速度越快,但也不能过小。速度越快,但也不能过小。第33页,此课件共
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