細(xì)胞培養(yǎng)中的谷氨酰胺
發(fā)布時(shí)間：2023-08-30 瀏覽次數(shù)：8147
L-谷氨酰胺（L-glutamine），蛋白質(zhì)合成中的編碼氨基酸，是一種常見的無血清培養(yǎng)基補(bǔ)充劑，用于支持多種哺乳動物細(xì)胞增殖和維持細(xì)胞的生理功能。常用的細(xì)胞培養(yǎng)液中，谷氨酰胺的濃度從Ames培養(yǎng)液的0.5 mM到MCDB 培養(yǎng)液131的10 mM 不等，主要在2-4 mM的濃度范圍內(nèi)。
01 首要作用
1st 能量供應(yīng)
谷氨酰胺是一種重要的代謝能源物質(zhì)，滿足快速增殖的細(xì)胞對ATP、生物合成前體和還原劑的高需求。谷氨酰胺通過氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入細(xì)胞，并在線粒體中通過谷氨酰胺酶（GLS）催化的脫氨反應(yīng)轉(zhuǎn)化為谷氨酸。谷氨酸通過谷氨酸脫氫酶（GDH）或丙氨酸或天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（TAs）轉(zhuǎn)化為TCA循環(huán)中間物α-酮戊二酸（α-KG），除了α-KG外還產(chǎn)生相應(yīng)的氨基酸。α-KG是一種關(guān)鍵的代謝物，既可用于ATP的產(chǎn)生，又可用于補(bǔ)充TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物，這一過程被稱為回補(bǔ)反應(yīng)（anaplerosis）
2nd 氮源供應(yīng)
谷氨酰胺富含氨基團(tuán)，可以為細(xì)胞提供氮原子，用于合成核酸、蛋白質(zhì)和其他生物分子。谷氨酰胺的氮源供應(yīng)對于細(xì)胞的生長和分裂至關(guān)重要。
3rd 緩沖劑作用
細(xì)胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)液的pH值對細(xì)胞的生長和代謝有重要影響。谷氨酰胺可以在細(xì)胞培養(yǎng)液中起到緩沖劑的作用，幫助維持適宜的酸堿平衡，確保細(xì)胞正常生長。
02 潛在問題
1st 過量使用
盡管谷氨酰胺對細(xì)胞有益，但過量的使用可能對細(xì)胞造成負(fù)面影響。過多的谷氨酰胺可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝紊亂，影響其他氨基酸的合成和利用，從而對細(xì)胞生長和代謝產(chǎn)生不利影響。
2nd 穩(wěn)定性問題
谷氨酰胺在細(xì)胞培養(yǎng)過程中可能受到溫度、光照、pH值及二氧化碳濃度等因素的影響。不適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件可能導(dǎo)致谷氨酰胺的降解或分解，從而降低其對細(xì)胞的作用效果。即用型液體培養(yǎng)液通常含有游離的L-谷氨酰胺，由于L-谷氨酰胺的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，尤其在碳酸氫鹽和二氧化碳的pH緩沖體系中。因此正確使用含有L-谷氨酰胺的培養(yǎng)液對細(xì)胞的生長和功能非常重要。
脫氨是L-谷氨酰胺在培養(yǎng)液中降解的主要反應(yīng)，在酸性及堿性條件下都會發(fā)生。在培養(yǎng)液使用碳酸氫鹽作為酸堿緩沖體系的情況下，該反應(yīng)發(fā)生的速度明顯更快。而且脫氨受pH值影響，脫氨率隨著pH值的升高而增加。
3rd 污染和純度問題
低質(zhì)量的谷氨酰胺可能含有雜質(zhì)或其他有害物質(zhì)，對細(xì)胞的生長和健康產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在細(xì)胞培養(yǎng)中選擇高質(zhì)量的谷氨酰胺供應(yīng)商，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測和篩選非常重要。
鑒于以上潛在的問題，含有谷氨酰胺的液體培養(yǎng)基需要避光冷藏保存，打開后應(yīng)盡快使用，超過6個(gè)月后可適當(dāng)補(bǔ)加谷氨酰胺。
03 解決方案
鑒于上述潛在風(fēng)險(xiǎn)，在細(xì)胞培養(yǎng)中，有時(shí)會使用丙氨酰-L-谷氨酰胺來替代常用的L-谷氨酰胺。這是一種谷氨酰胺的二肽衍生物，在細(xì)胞培養(yǎng)中具有一些優(yōu)勢：
1. 穩(wěn)定性：丙氨酰-L-谷氨酰胺在細(xì)胞培養(yǎng)條件下比谷氨酰胺更加穩(wěn)定。谷氨酰胺在細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)中可以被谷氨酰胺酶迅速水解，從而失去其功能。丙氨酰-L-谷氨酰胺具有更高的穩(wěn)定性，不易被酶解，因此可以更有效地提供細(xì)胞所需的谷氨酰胺。
2. 溶解度：丙氨酰-L-谷氨酰胺相對于谷氨酰胺具有更高的溶解度，這意味著在細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)中可以以更高的濃度添加。更高的濃度有助于提供更多的谷氨酰胺，滿足細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的需求。
3. 生物活性：丙氨酰-L-谷氨酰胺可能對細(xì)胞的生長和代謝有更好的促進(jìn)作用。它可以通過提供能量和氮源，促進(jìn)蛋白質(zhì)和核酸的合成，從而有助于細(xì)胞的增殖和生長。
4. 免疫調(diào)節(jié)作用：據(jù)報(bào)道，丙氨酰-L-谷氨酰胺具有免疫調(diào)節(jié)作用，它可能有助于調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能，并促進(jìn)免疫反應(yīng)的平衡，從而有利于細(xì)胞培養(yǎng)的成功。
需要注意的是，谷氨酰胺仍然是細(xì)胞培養(yǎng)中常用的營養(yǎng)物質(zhì)之一，但在某些特定情況下，丙氨酰-L-谷氨酰胺可能被選擇使用，以提供更好的效果和穩(wěn)定性。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)具體需求選擇添加適合的物質(zhì)。
來源：“信睿生物”公眾號，作者~。
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