细胞培养中的谷氨酰胺
发布时间：2023-08-30 浏览次数：326
L-谷氨酰胺（L-glutamine），蛋白质合成中的编码氨基酸，是一种常见的无血清培养基补充剂，用于支持多种哺乳动物细胞增殖和维持细胞的生理功能。常用的细胞培养液中，谷氨酰胺的浓度从Ames培养液的0.5 mM到MCDB 培养液131的10 mM 不等，主要在2-4 mM的浓度范围内。
01 首要作用
1st 能量供应
谷氨酰胺是一种重要的代谢能源物质，满足快速增殖的细胞对ATP、生物合成前体和还原剂的高需求。谷氨酰胺通过氨基酸转运蛋白进入细胞，并在线粒体中通过谷氨酰胺酶（GLS）催化的脱氨反应转化为谷氨酸。谷氨酸通过谷氨酸脱氢酶（GDH）或丙氨酸或天门冬氨酸转氨酶（TAs）转化为TCA循环中间物α-酮戊二酸（α-KG），除了α-KG外还产生相应的氨基酸。α-KG是一种关键的代谢物，既可用于ATP的产生，又可用于补充TCA循环的中间产物，这一过程被称为回补反应（anaplerosis）
2nd 氮源供应
谷氨酰胺富含氨基团，可以为细胞提供氮原子，用于合成核酸、蛋白质和其他生物分子。谷氨酰胺的氮源供应对于细胞的生长和分裂至关重要。
3rd 缓冲剂作用
细胞培养过程中，培养液的pH值对细胞的生长和代谢有重要影响。谷氨酰胺可以在细胞培养液中起到缓冲剂的作用，帮助维持适宜的酸碱平衡，确保细胞正常生长。
02 潜在问题
1st 过量使用
尽管谷氨酰胺对细胞有益，但过量的使用可能对细胞造成负面影响。过多的谷氨酰胺可能导致细胞内氨基酸代谢紊乱，影响其他氨基酸的合成和利用，从而对细胞生长和代谢产生不利影响。
2nd 稳定性问题
谷氨酰胺在细胞培养过程中可能受到温度、光照、pH值及二氧化碳浓度等因素的影响。不适当的培养条件可能导致谷氨酰胺的降解或分解，从而降低其对细胞的作用效果。即用型液体培养液通常含有游离的L-谷氨酰胺，由于L-谷氨酰胺的化学性质不稳定，尤其在碳酸氢盐和二氧化碳的pH缓冲体系中。因此正确使用含有L-谷氨酰胺的培养液对细胞的生长和功能非常重要。
脱氨是L-谷氨酰胺在培养液中降解的主要反应，在酸性及碱性条件下都会发生。在培养液使用碳酸氢盐作为酸碱缓冲体系的情况下，该反应发生的速度明显更快。而且脱氨受pH值影响，脱氨率随着pH值的升高而增加。
3rd 污染和纯度问题
低质量的谷氨酰胺可能含有杂质或其他有害物质，对细胞的生长和健康产生负面影响。因此，在细胞培养中选择高质量的谷氨酰胺供应商，并进行适当的检测和筛选非常重要。
鉴于以上潜在的问题，含有谷氨酰胺的液体培养基需要避光冷藏保存，打开后应尽快使用，超过6个月后可适当补加谷氨酰胺。
03 解决方案
鉴于上述潜在风险，在细胞培养中，有时会使用丙氨酰-L-谷氨酰胺来替代常用的L-谷氨酰胺。这是一种谷氨酰胺的二肽衍生物，在细胞培养中具有一些优势：
1. 稳定性：丙氨酰-L-谷氨酰胺在细胞培养条件下比谷氨酰胺更加稳定。谷氨酰胺在细胞培养介质中可以被谷氨酰胺酶迅速水解，从而失去其功能。丙氨酰-L-谷氨酰胺具有更高的稳定性，不易被酶解，因此可以更有效地提供细胞所需的谷氨酰胺。
2. 溶解度：丙氨酰-L-谷氨酰胺相对于谷氨酰胺具有更高的溶解度，这意味着在细胞培养介质中可以以更高的浓度添加。更高的浓度有助于提供更多的谷氨酰胺，满足细胞对营养物质的需求。
3. 生物活性：丙氨酰-L-谷氨酰胺可能对细胞的生长和代谢有更好的促进作用。它可以通过提供能量和氮源，促进蛋白质和核酸的合成，从而有助于细胞的增殖和生长。
4. 免疫调节作用：据报道，丙氨酰-L-谷氨酰胺具有免疫调节作用，它可能有助于调节免疫细胞的功能，并促进免疫反应的平衡，从而有利于细胞培养的成功。
需要注意的是，谷氨酰胺仍然是细胞培养中常用的营养物质之一，但在某些特定情况下，丙氨酰-L-谷氨酰胺可能被选择使用，以提供更好的效果和稳定性。每个实验室可根据具体需求选择添加适合的物质。
来源：“信睿生物”公众号，作者~。
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