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氨基酸是一種分子中具有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的化合物,具有共同的基本結(jié)構(gòu)并含有復(fù)合官能團(tuán),是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位。氨基酸可按照氨基連在碳鏈上的不同位置而分為α-,β-,γ-,ω-...氨基酸,但經(jīng)蛋白質(zhì)水解后得到的氨基酸都是α-氨基酸或亞氨基酸,根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同,可以分為脂肪族、芳香族和雜環(huán)氨基酸。

氨基酸作為在大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)中不可缺少的成分之一,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。在細(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。


氨基酸化學(xué)式

 

氨基酸在細(xì)胞內(nèi)的作用主要體現(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;
  • 某些氨基酸還具有獨(dú)特的生理作用,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


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(jiàn)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。

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貨號(hào)

品名

中文名稱

級(jí)別

CAS No.

A3198

L-Alanyl-L-Glutamine for cell culture

L-丙氨酰-L-谷氨酰胺

細(xì)胞培養(yǎng)級(jí)

39537-23-0

A1345

L-Arginine base

L-精氨酸

歐洲、美國(guó)藥典

74-79-3

A1688

L-Alanin

L-丙氨酸

歐洲藥典

56-41-7

A1668

L-Asparagin monohydrat

L-天冬酰胺,一水

歐洲藥典、美國(guó)藥典

5794-13-8

A1701

L-Aspartic Acid

L-天冬氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

56-84-8

A1702

L-Cysteine hydrochloride monohydrate

L-半胱氨酸鹽酸鹽,一水

歐洲藥典、美國(guó)藥典

7048-04-6

A0622

L-Cystine dihydrochloride pure

L-胱氨酸鹽酸鹽

化學(xué)純

30925-07-6

A1704

L-Glutamic Acid

L-谷氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

56-86-0

141340

L-Glycine

L-甘氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

56-40-6

A1705

L-Hydroxyproline pure

L-羥基脯氨酸

化學(xué)純

51-35-4

A1440

L-Isoleucine

L-異亮氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

73-32-5

A1426

L-Leucine

L-亮氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

61-90-5

A1706

L-Lysinmonohydrochlorid

L-賴氨酸鹽酸鹽

歐洲藥典、美國(guó)藥典

657-27-2

A1344

L-Phenylalanin

L-苯丙氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

63-91-2

A1707

L-Prolin

L-脯氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

147-85-3

A1708

L-Serine

L-絲氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

56-45-1

A1419

L-Threonin

L-蘇氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

72-19-5

A1645

L-Tryptophan

L-色氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

73-22-3

A1677

L-Tyrosine

L-酪氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

60-18-4

A1637

L-Valine

L-纈氨酸

歐洲藥典、美國(guó)藥典

72-18-4

A1342

L-Lysine 1-hydrate

L-賴氨酸,一水

德國(guó)藥典 (DAB)

39665-12-8



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參考文獻(xiàn):

  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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