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    1. 細胞培養基重要原料——氨基酸

      氨基酸是一種同時含有羧基(-COOH)和氨基(-NH2)的化學分子,是構成蛋白質的基本單位。在Eagle1955)、DulbeccoFreeman1959等人開創性地研究出了一種含有氨基酸、維生素的營養液(Dulbecco’s Modification of Eagles Medium, DMEM),使得細胞可以在體外進行單層貼壁培養開始,氨基酸就被認為是細胞體外培養必不可少的營養成分。

      氨基酸化學式

       

      氨基酸在細胞內的重要生理作用主要體現在以下幾個方面:

      • 氨基酸作為蛋白質的基本組成單位,參與合成細胞所有蛋白質,包括細胞骨架、酶、受體和信號分子等;
      • 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;
      • 某些氨基酸還具有獨特的生理作用,如甘氨酸參與生物轉化作用,丙氨酸和谷氨酸參與細胞內氨的運輸等;
      • 氨基酸還可以轉變成糖和脂肪,參與氧化途徑并為細胞代謝提供能量。

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

      圖片來源:Kanehisa et al. 2014

      氨基酸作為在大規模細胞培養中不可缺少的成分之一,對細胞的狀態,高密度的維持以及蛋白產量、質量都發揮著重要的作用。并且細胞培養過程中氨基酸會隨細胞表達的蛋白不同而發生變化和消耗,通常需要在細胞培養工藝的不同階段添加不同成分和比例的氨基酸進行補充。

      細胞能利用的氨基酸是L型同分異構體,D型氨基酸不能被利用。不同的細胞對氨基酸的需求各異,但根據細胞自身能否合成,可將常見的20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胞自身合成,只能從培養基中獲取,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,因此在細胞培養基配方中,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胞自身合成,或通過轉氨作用由其他物質轉化而來,但在細胞培養基中添加適當濃度的非必需氨基酸減輕細胞在合成方面的負擔,提高其他營養成分的利用率。除了上述20種編碼蛋白質的氨基酸以外,在細胞培養基中常用還包括L-胱氨酸(由2L-半胱氨酸以二硫鍵結合形成)和L-羥脯氨酸。

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      貨號

      中文名稱

      英文名稱

      級別

      CAS No.

      A3198

      L-丙氨酰-L-谷氨酰胺

      L-Alanyl-L-Glutamine

      細胞培養級

      39537-23-0

      A1688

      L-丙氨酸

      L- Alanine

      歐洲藥典、美國藥典

      56-41-7

      A1668

      L-冬酰胺,一水

      L-Asparagine 1-hydrate

      歐洲藥典、美國藥典

      5794-13-8

      A1701

      L-天冬氨酸

      L-Aspartic Acid

      歐洲藥典、美國藥典

      56-84-8

      A1425

      L-半胱氨酸

      L-Cysteine

      藥典級

      52-90-4

      A1702

      L-半胱氨酸鹽酸鹽,一水

      L-Cysteine Hydrochloride 1-hydrate

      歐洲藥典、美國藥典

      7048-04-6

      A1703

      L-胱氨酸

      L-Cystine

      歐洲藥典

      56-89-3

      A0622

      L-胱氨酸鹽酸鹽

      L-Cystine Dihydrochloride

      化學純

      30925-07-6

      A1704

      L-谷氨酸

      L-Glutamic Acid

      歐洲藥典、美國藥典

      56-86-0

      A1420

      L-谷氨酰胺

      L-Glutamine

      歐洲藥典、美國藥典

      56-85-9

      141340

      甘氨酸

      Glycine

      歐洲藥典、美國藥典

      56-40-6

      A1705

      L-羥脯氨酸

      L-Hydroxyproline pure

      化學純

      51-35-4

      A1440

      L-異亮氨酸

      L-Isoleucine

      歐洲、美國藥典

      73-32-5

      A1426

      L-亮氨酸

      L-Leucine

      歐洲藥典、美國藥典

      61-90-5

      A1342

      L-賴氨酸 一水

      L-Lysine

      藥典級

      39665-12-8

      A1706

      L-賴氨酸鹽酸鹽

      L-Lysine Monohydrochloride

      歐洲藥典、美國藥典

      657-27-2

      A1340

      L-甲硫氨酸

      L-Methionine

      歐洲藥典、美國藥典

      63-68-3

      A1344

      L-苯丙氨酸

      L- Phenylalanine

      歐洲藥典、美國藥典

      63-91-2

      A1707

      L-脯氨酸

      L- Proline

      歐洲藥典、美國藥典

      147-85-3

      A1708

      L-絲氨酸

      L-Serine

      歐洲藥典、美國藥典

      56-45-1

      A1419

      L-蘇氨酸

      L-Threonine

      歐洲藥典、美國藥典

      72-19-5

      A1645

      L-色氨酸

      L-Tryptophan

      歐洲藥典、美國藥典

      73-22-3

      A1677

      L-酪氨酸

      L-Tyrosine

      歐洲藥典、美國藥典

      60-18-4

      A1637

      L-纈氨酸

      L-Valine

      歐洲藥典、美國藥典

      72-18-4

       

      PanReac AppliChem是來自歐洲品質優良的生物化學試劑與制藥原料生產商之一,已通過多項ISO 9001質量體系認證,是全球科研、知名CRO企業、大型制藥、診斷、食品、化妝品等工業企業的重要供應商。作為全球多家知名培養基生產企業和制藥企業長期固定供應商,AppliChem全面提供細胞培養級、符合藥典級、生化級、超純級等培養基化學品組分,包括氨基酸、蛋白質、維生素、抗生素、脂類、無機鹽、緩沖液、泡沫穩定劑、指示劑等和制藥工藝中常用化學品如尿素、Tris、葡聚糖等。

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      參考文獻:

      1. Salazar A, Keusgen M , Hagen J V . Amino acids in the cultivation of mammalian cells[J]. Amino Acids, 2016, 48(5).
      2. Ritacco F V , Wu Y , Khetan A. Cell culture media for recombinant protein expression in Chinese hamster ovary (CHO) cells: History, key components, and optimization strategies[J]. Biotechnology Progress, 2018, 34(6).

       

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