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，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)過程中，氨基酸會隨細(xì)胞表達的蛋白不同而發(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行補充。

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(zhuǎn)化作用，丙氨酸和谷氨酸參與細(xì)胞內(nèi)氨的運輸?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，或通過轉(zhuǎn)氨作用由其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來，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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