細(xì)胞培養(yǎng)基重要原料——氨基酸

氨基酸是一種同時(shí)含有羧基（-COOH）和氨基（-NH2）的化學(xué)分子，是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位。在Eagle（1955）、Dulbecco和Freeman（1959）等人開創(chuàng)性地研究出了一種含有氨基酸、維生素的營(yíng)養(yǎng)液（Dulbecco’s Modification of Eagles Medium, DMEM），使得細(xì)胞可以在體外進(jìn)行單層貼壁培養(yǎng)開始，氨基酸就被認(rèn)為是細(xì)胞體外培養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)成分。

氨基酸化學(xué)式

氨基酸在細(xì)胞內(nèi)的重要生理作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

?  氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本組成單位，參與合成細(xì)胞內(nèi)所有蛋白質(zhì)，包括細(xì)胞骨架、酶、受體和信號(hào)分子等；

?  氨基酸可以用于合成某些具有重要生理作用的含氮化合物，如核酸、尼克酰胺等；

?  某些氨基酸還具有*的生理作用，如甘氨酸參與生物轉(zhuǎn)化作用，丙氨酸和谷氨酸參與細(xì)胞內(nèi)氨的運(yùn)輸?shù)龋?/span>

?  氨基酸還可以轉(zhuǎn)變成糖和脂肪，參與氧化途徑并為細(xì)胞代謝提供能量。

下圖展示了CHO細(xì)胞中氨基酸參與的細(xì)胞內(nèi)代謝途徑（綠色線條表示碳代謝途徑，單字母表示氨基酸）。

圖片來(lái)源：Kanehisa et al. 2014

氨基酸作為在大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)中*的成分之一，對(duì)細(xì)胞的狀態(tài)，高密度的維持以及蛋白產(chǎn)量、質(zhì)量都發(fā)揮著重要的作用。并且細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中氨基酸會(huì)隨細(xì)胞表達(dá)的蛋白不同而發(fā)生變化和消耗，通常需要在細(xì)胞培養(yǎng)工藝的不同階段添加不同成分和比例的氨基酸進(jìn)行補(bǔ)充。

細(xì)胞能利用的氨基酸是L型同分異構(gòu)體，D型氨基酸不能被利用。不同的細(xì)胞對(duì)氨基酸的需求各異，但根據(jù)細(xì)胞自身能否合成，可將常見的20種氨基酸分為必需氨基酸（Essential amino acids）和非必需氨基酸（Nonessential amino acids）。其中，必需氨基酸不能由細(xì)胞自身合成，只能從培養(yǎng)基中獲取，包括組氨酸（L-Histidine）、異亮氨酸（L-Isoleucine）、亮氨酸（L-Leucine）、賴氨酸（L-Lysine）、甲硫氨酸（L-Methionine）、苯丙氨酸（L-Phenylalanine）、蘇氨酸（L-Threonine）、色氨酸（L-Tryptophan）、纈氨酸（L-Valine）、半胱氨酸（L-Cysteine）、酪氨酸（L-Tyrosine）、精氨酸（L-Arginine）及谷氨酰胺（L-Glutamine），因此在細(xì)胞培養(yǎng)基配方中，必需氨基酸的濃度通常較高。非必需氨基酸（Nonessential amino acids）包括了丙氨酸（L-Alanine）、天冬氨酸（L- Aspartic acid）、天冬酰胺（L- Asparagine）、谷氨酸（L- Glutamic acid）、脯氨酸（L- Proline）、絲氨酸（L-Serine）、甘氨酸（Glycine），這些氨基酸雖然可以由細(xì)胞自身合成，或通過(guò)轉(zhuǎn)氨作用由其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來(lái)，但在細(xì)胞培養(yǎng)基中添加適當(dāng)濃度的非必需氨基酸能減輕細(xì)胞在合成方面的負(fù)擔(dān)，提高其他營(yíng)養(yǎng)成分的利用率。除了上述20種編碼蛋白質(zhì)的氨基酸以外，在細(xì)胞培養(yǎng)基中常用到的還包括L-胱氨酸（由2個(gè)L-半胱氨酸以二硫鍵結(jié)合形成）和L-羥脯氨酸等。

細(xì)胞培養(yǎng)基重要原料——氨基酸

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參考文獻(xiàn)：

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