不同种类的细胞其细胞的结构也大不相同，原核细胞和真核细胞结构不同。细胞的破碎是指用物理、化学、酶或机械等方法来破坏细胞壁或细胞膜，从而将胞内物质释放到周围环境的过程。破碎法大体上可分为机械法和非机械法两大类，也可根据破碎原理的不同，分为机械方法、物理方法、化学方法和生物化学方法等。实验规模、实验材料和实验要求的不同，所对应的破碎方法和条件也不同。动物细胞只有细胞膜，易于破碎。而微生物细胞有一层坚固的细胞壁，破碎较困难，需要较强烈的方法。尽管细胞壁的主要成分都是多糖、脂质和蛋白质，但是了解不同种类细胞的细胞壁的物理化学结构对有效地破碎细胞非常重要。不同用途和不同类型的细胞壁破碎可使用不同方法进行细胞破碎。一些坚韧的组织如肌肉需较强烈的研磨；比较柔软的组织如肝、脑等，用普通的玻璃匀浆器即可完全地破坏细胞。应根据破碎细胞的目的、回收蛋白质的性质和在细胞中的位置选择合适的方法，也可结合使用多种方法达到破碎目的。

（一）机械法

1.高压匀浆破碎法

匀浆法是一种最常见的细胞破碎方法，最简易的设备是玻璃匀浆器，匀浆器的研体磨球和玻璃管内壁的间隙保持在十几毫米的距离，将剪碎的组织置于管中，套入研杆来回研磨即可达到细胞破碎效果。此法破碎效率较高，适用于少量组织。如果要破碎大量的组织和细胞，可采用高压匀浆器。高压匀浆法适合各种微生物和动物组织的破碎。细胞浆液在高压下被迫从排出阀的小孔中高速冲出，射向撞击环，突然减压和高速冲击使得细胞受到高的液相剪切力而破碎。可以采用单次通过、多次循环通过或连续操作。大规模的破碎需多个循环处理才能达到理想的效果。此过程会产生热量，细胞悬浮液、活塞和气缸都要进行预冷却。

2.高速珠磨破碎法

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研磨的破碎方法称为高速珠磨破碎法。该方法细胞破碎的强度高，适用于酵母、孢子及微小藻类等难以进行破碎的细胞。大规模的破碎常采用高速珠磨法。在珠磨机中，大量的小玻璃球由于摇摆或搅拌而产生碰撞和摩擦，对细胞产生剪切力和碰撞，从而达到细胞破碎的目的。高速珠磨法常用于对真菌的大规模机械破碎，对于小规模动植物组织细胞的破碎，此方法也经常被采用。

实验室中，可将用于破碎的组织或细胞置于装有玻璃珠的试管中，摇晃试管使玻璃球旋转从而进行细胞的破碎。细胞悬浮液可与1～5倍体积的研磨球体混合后高速旋转研磨数分钟。手工摇晃研磨效率低，机械振动频率可达3000～6000次/min，但振动研磨的处理量小（3mL）。温度的调控是至关重要的影响因素，如250mL的溶液中，每分钟温度会升高10℃。处理大量原料必须依靠C02冷却剂才能将细胞悬浮液维持在合适的温度。

3.超声波破碎法

超声波破碎法适用于微生物细胞的破碎，超声波振幅为15～25kHz，料液浓度为50～100mg/mL。影响细胞破碎效率的因素有振幅、强度、溶液温度、细胞浓度和溶液的表面张力。理论上，超声波破碎的液体温度应保持在冰点附近。而此法在操作中会产生大量的热，所以必须先将细胞悬浮液进行冷却处理，例如将细胞悬浮液置于冰浴上进行破碎。温度的控制不仅保证了蛋白的稳定，同时利于超声波的传播和蔓延。

加人1.0～1.5mm的玻璃球，有助于将气泡破裂和物理碰撞释放出的能量聚集起来，提高细胞的破碎率。玻璃球与细胞悬浮液的比例为1∶2（体积比）左右。比较坚韧的组织（如肌肉、皮肤）需先将其切碎。超声波破碎法操作便捷，重复性好，效率高，适用于少量样品的处理，在实验室应用较普遍。超声波破碎过程中会产生活性自由基，为了防止与蛋白质反应，可加入半胱氨酸、二硫苏糖醇及其他巯基化合物或惰性气体（氦气或氢气），减少自由基的氧化损害。(www.daowen.com)

（二）非机械法

1.渗透压冲击破碎法

细胞膜强度较差，易受渗透压冲击而破碎，而破坏细胞膜是胞内物质释放的关键步骤。渗透压冲击是一种比较温和的细胞破碎方法，其原理是将细胞置于高渗透压的溶液（如甘油或甘蔗溶液）中，细胞内水分向外溢出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将高渗透压溶液稀释或将细胞转入低渗透液中。渗透压使得胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀而破裂。

2.冻融破碎法

细胞冷冻（约-15℃低温下）后在室温中融化，如此反复多次冻融细胞壁会破裂。一方面冷冻能破坏细胞膜的疏水键结构，从而增加细胞的亲水性，另一方面细胞内的水结晶形成冰晶粒，引起细胞膨胀而破裂。此法适于细胞壁较脆弱的菌体。该方法可进行大规模操作、成本较低，但过程较慢，可能引起细胞内初级代谢产物的降解，不易于酶解的蛋白的分离纯化。植物中可溶蛋白的释放率不是很高，需经多次反复冻融，动物细胞和酵母采用冻融破碎效果较差。

3.酶解破碎法

酶解破碎是利用能溶解细胞壁的酶处理细胞，使细胞壁受到破坏从而达到破碎的目的。此法与渗透压冲击等方法结合使用，可进一步增大胞内产物的通透性，提高蛋白质的得率。溶菌酶更适用于革兰氏阴性菌细胞壁的溶解，应用于革兰氏阳性菌时，需加入EDTA。对溶菌酶不敏感的细菌，可以加入少量巯基试剂或8mol/L尿素处理，使其对溶菌酶变得敏感而溶解。不同的真核细胞对应有不同的酶，例如纤维素酶、半纤维素酶、酯酶等。酶解破碎法适用多种微生物，作用条件温和，内含物成分不易受到破坏，细胞壁损坏的程度可以控制。除了上述优点，酶解法也存缺点，例如酶解法通用性差，不同菌种需选择不同的酶；易造成产物抑制作用，胞内物质释放率低；成本较高，不适于蛋白质的大规模分离纯化。因此，酶解法有一定的局限性。

4.化学破碎法

酸、碱、金属螯合剂、表面活性剂和有机溶剂等化学试剂可以改变细胞壁或膜的通透性，使细胞内含物有选择地渗透出来。这些试剂能够导致蛋白质变性，操作过程中试剂与细胞接触时间要尽量短。表面活性剂有天然的和合成的两类，离子型的表面活性剂比非离子型表面活性剂更有效，但也更容易使蛋白质变性，使得后续的纯化过程复杂，难以大规模应用。尿素、离子去污剂等可以破碎细胞和溶解（或使变性）胞内蛋白质。二硫键还原剂与上述物质一起应用时，可以溶解多数种类的蛋白质。化学破碎法多用于破碎细菌，作用比较温和。但是化学破碎法存在用时长、效率低、蛋白质易变性、化学试剂需要用透析等方法除去、某种试剂只能作用于某些特定类型的微生物、通用性较差等缺点。