細胞培養基重要原料——氨基酸-北京西美杰科技有限公司

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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Eagle（1955）、Dulbecco和Freeman（1959）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，參與合成細胞內所有蛋白質，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能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到的還包括L-胱氨酸（由2個L-半胱氨酸以二硫鍵結合形成）和L-羥脯氨酸等。

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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-天冬酰胺，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

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參考文獻：

Salazar A, Keusgen M , Hagen J V . Amino acids in the cultivation of mammalian cells[J]. Amino Acids, 2016, 48(5).
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).