细胞培养基中,L-谷氨酰胺是一种必需氨基酸,常用浓度在0.7~5mmol/L之间。对于一些特定的细胞,也有相应的浓度要求。例如对于dhfr-CHO细胞,谷氨酰胺的浓度要达到4mmol/L时,方可满足细胞的正常生长。
谷氨酰胺不仅可作为培养细胞的能量来源,而且参与蛋白质的合成和核酸代谢。许多商品化细胞培养基都不含谷氨酰胺。谷氨酰胺作为一种添加剂,常常是在培养基使用之前,再临时加进去,这是什么原因呢?
图.谷氨酰胺分子式原来,谷氨酰胺在细胞培养基中会发生自发分解。细胞培养基的储存温度越高,存放时间越久,谷氨酰胺分解的越快。谷氨酰胺分解后还导致氨的形成,而氨对于细胞具有毒性。
曾有人做过测试,添加了8mM谷氨酰胺的DMEM,在37℃存放7天后,谷氨酰胺的浓度就下降为原先的一半(见下图)。这也是为什么含谷氨酰胺的培养基要在2-8℃保存的原因。
又有人检测过11种商品化培养基中谷氨酰胺的浓度,发现实际检测的谷氨酰胺浓度均在标示的浓度之下。有人测过4℃下谷氨酰胺的降解速率。也是采用DMEM,培养时添加葡萄糖20mmol/L,胎牛血清7%,发现在4℃下,大约32天后,谷氨酰胺即下降为原先浓度的一半。
同时,对于细胞培养来说,谷氨酰胺并非越高越好。当初始浓度低于5mmol/L时,谷氨酰胺的利用率大于80%,且初始浓度越低,利用率越高;随着初始浓度的升高,谷氨酰胺利用率逐渐降低,当大于10mmol/L后,利用率急剧降低。
那么,对于谷氨酰胺的降解,是否有相应的解决办法呢?可以使用谷氨酰胺二肽,如甘氨酰谷氨酰胺、丙氨酰谷氨酰胺等。二肽形式的谷氨酰胺十分稳定,不会发生水解和氨的毒性堆积,又可被细胞所利用。因细胞内的氨基肽酶能裂解二肽,逐渐释放细胞所能利用的丙氨酸和谷氨酰胺。丙氨酸谷氨酰胺的热稳定性解决了在培养基使用时才临时加入L-谷氨酰胺的问题,允许配好的液体培养基在4℃能放更长时间。
图 许多培养基都改为添加L-丙氨酰-L谷氨酰胺(HiGlutaXL?),性能更稳定参考资料
1、Heen,刘一平。商品细胞培养基中谷氨酰胺和氨的浓度。《国外兽医学:畜禽传染病》,1994(4):60-62
2、辛艳,杨艳。谷氨酰胺在杂交瘤细胞培养中的降解与代谢。生物工程学报,2001,17(4):478-480
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