Disrupció cel·lular
La disrupció cel·lular és el procés de trencament de les cobertes d'una cèl·lula de manera intencionada per a finalitats biotecnològiques, i en què aquesta ruptura de les membranes o parets cel·lulars forma part d'un procediment més ampli que té com a finalitat recuperar un producte d'interès de caràcter intracel·lular. Aquests productes intracel·lulars es produeixen en la majoria de casos de forma soluble al citoplasma o en cossos d'inclusió, lloc en el qual s'acumulen en grans quantitats.[1]
Es tracta, doncs, d'un procés de lisi delicat, en què les majors dificultats sorgeixen pel fet de tractar-se d'una ruptura cel·lular no controlada i resultant d'un alliberament sense impediments de tots els productes intracel·lulars (proteïnes, àcids nucleics, restes cel·lulars...).[2] Un cop dut a terme, el producte obtingut haurà de passar per diversos processos de separació i purificació depenenent de les necessitats de comercialització o investigació, el que es coneix com a etapa downstream d'un bioprocés.
El pas previ a la disrupció cel·lular és l'anàlisi exhaustiu de les característiques del producte d'interès que es vol aïllar i purificar. Per una banda, cal prendre èmfasi en els factors que propicien la pèrdua de propietats o la degradació, així com considerar els aspectes de la línia cel·lular de l'espècie amb la que es vol aplicar el procés, i més en concret la seva coberta cel·lular. Aquest conjunt de situacions són els que determinaran el mètode exacte de disrupció.
Factors interns i externs del procés
[modifica]Hi ha certs requisits per a la interrupció de la cèl·lula sense la desnaturalització del producte desitjat.[2] A l'hora de caracteritzar la disrupció, les propietats principals a tenir en compte quant a aquest fet són el pH, la generació de calor i augment de la temperatura, els agents químics que es puguin emprar, l'estrès mecànic de la cèl·lula, la generació d'escuma i la toxicitat per metalls.[3]
Quant a factors intrínsecs i interns de la cèl·lula, cal vigilar l'alliberament de proteases i la contaminació per àcids nucleics.
Línies cel·lulars d'interès
[modifica]Els tipus cel·lulars més emprats a la bioindústria, i per tant, als que més cal produir disrupcions són els següents:[4]
- Cultius de cèl·lules de mamífer
- Cultius de cèl·lules vegetals
- Floridures
- Cèl·lules de llevat
- Teixits de col·lènquima
- Cèl·lules de bacteris grampositius
- Cèl·lules de bacteris gramnegatius
Membranes plasmàtiques
[modifica]
Formades a partir de lípids i proteïnes, el seu tret principal és que presenten un model de mosaic fluid organitzat en una bicapa fosfolipídica, els components de la qual flueixen pel pla de membrana.[5] Contenen, a més a més, una gran diversitat de receptors de membrana i enzims catalítics necessaris per al metabolisme intern cel·lular.
La presència d'una membrana plasmàtica afavoreix un aïllament selectiu dels medis extern i intern i proveeix d'una estructura de protecció envers agents patògens.[5] Per altra banda, les proteïnes incrustades en la mateixa duen a terme funcions de comunicació intercel·lular i transport selectiu de molècules.[6]
Parets cel·lulars
[modifica]
La paret cel·lular una matriu extracel·lular, una capa rígida que es localitza a l'exterior de la membrana plasmàtica i actua com a compartiment cel·lular intervenint en totes les relacions de la cèl·lula amb l'entorn. A més a més la paret cel·lular protegeix els continguts de la cèl·lula, dona rigidesa a l'estructura cel·lular, i en el cas dels fongs i plantes, defineix l'estructura i confereix suport als teixits. També suporta la pressió de turgència.
Segons si l'organisme en té o no, se'n distingeixen diversos tipus, que comparteixen les característiques funcionals anteriors però difereixen quant a la seva composició.
Pel que fa a la paret cel·lular vegetal, consta de plasmodesmes (canalitzacions de comunicació intercel·lular), i de tres capes amb components diferents. En primer lloc, la paret primària fibril·lar, que és una paret constituïda per microfibril·les de cel·lulosa i hemicel·lulosa, que s'organitzen en graus de complexitat. La segueix la làmina mitjana, formada per pectina, i finalment la paret secundària matricial de caràcter opcional i que depèn de l'organisme. Aquesta última és més variable quant a contingut i comprèn hemicel·lulosa, pectines, proteïnes estructurals, substàncies d'incrustació (lignina, suberina i cal·losa) i aposicions (ceres i cutina).[7]
La paret cel·lular fúngica, per altra banda, està composta per dues capes de polisacàrids: la interna, transparent i amorfa, està constituïda principalment per β-glucans, mentre que a la capa externa s'hi troben ubicades les manoproteïnes, ancorades a la capa interna de β-glucans o bé travessant-la. Aquesta part externa té un gruix que suposa el 15-20% del pes sec de la cèl·lula.[8]
Relatiu a la paret cel·lular bacteriana, s'ha de distingir segons la classificació que els regeix per mètodes de tinció de Gram:
- Bacteris grampositius: és una estructura gruixuda i molt desenvolupada de peptidoglicà o mureïna, que compta amb incrustacions d'àcid teicoïc i lipoteicoïc.[1][9] Té un gran contingut d'aminoàcids, en concret alanina, àcid glutàmic i altres substàncies com lisina i DAP. Tenen, tanmateix, una sola bicapa lipídica i un baix contingut proteic i alt en lípids.
- Bacteris gramnegatius: en aquest cas, consta d'una xarxa de peptidoglicà molt fina organitzada en una sola capa. Compta també amb una membrana externa caracteritzada per la presència de porines i de lipopolisacàrids tòxics per altres espècies.[9]
Classificació general dels mètodes disruptius
[modifica]La classificació dels mètodes de disrupció s'estableix en dos grups principals: la mecànica, on actuen forces físiques no inherents a la mostra mitjançant equipament específic, i la no mecànica. Aquesta última agrupa la variant química - en què s'empren detergents i substàncies solubilitzadores de la coberta cel·lular - i la biològica o enzimàtica, on s'utilitzen enzims de microorganismes per a lisar la cèl·lula en qüestió i obtenir-ne els productes intracel·lulars.
Vegeu també
[modifica]Referències
[modifica]- ↑ 1,0 1,1 Abdel-Latif, Monzir. «Cell disruption» (PDF). Islamic University of Gaza. Arxivat de l'original el 26 de febrer 2015. [Consulta: 26 febrer 2015].
- ↑ 2,0 2,1 T. Tzannis, Steliod. «Tutorial on Cell Disruption». Rensselaer Polytechnic Institute, 03-06-1996. Arxivat de l'original el 26 de febrer 2015. [Consulta: 26 febrer 2015].
- ↑ St. Mane. «Cell Disruption (Microorganisms)». Desmech.com, 14-12-2005. Arxivat de l'original el 26 de febrer 2015. [Consulta: 26 febrer 2015].
- ↑ Ghosh, Raja. «Cell Disruption». A: Principles of Bioseparations Engineering (en anglès). Singapur: World Scientific Publishing, 2006, p. 49-64. ISBN 9812568921. Arxivat 2015-04-02 a Wayback Machine.
- ↑ 5,0 5,1 «Cell Membranes» (en anglès). Nature. [Consulta: 6 març 2015].
- ↑ M Cooper, Geoffrey. «Structure of the Plasma Membrane». A: The Cell: A Molecular Approach (en anglès). segona edició. Sunderland: Sinauer Associates, abril 2004. ISBN 0878931023.
- ↑ «Plant Cell Wall Basics» (en anglès). Universitat de Geòrgia. Arxivat de l'original el 1 de gener 2015. [Consulta: 9 març 2015].
- ↑ Bowman, SM; Free, SJ «The structure and synthesis of the fungal cell wall» (PDF de pagament) (en anglès). Bioassays. Wiley, 28, 8, agost 2006, pàg. 799-808. DOI: 10.1002/bies.20441.
- ↑ 9,0 9,1 «Structure and Function of Bacterial Cells» (en anglès). Online Textbook of Bacteriology. [Consulta: 9 març 2015].