細胞培養中的谷氨酰胺
L-谷氨酰胺（L-glutamine），蛋白質合成中的編碼氨基酸，是一種常見的無血清培養基補充劑，用于支持多種哺乳動物細胞增殖和維持細胞的生理功能。常用的細胞培養液中，谷氨酰胺的濃度從Ames培養液的0.5 mM到MCDB 培養液131的10 mM 不等，主要在2-4 mM的濃度范圍內。
01 首要作用
1st 能量供應
谷氨酰胺是一種重要的代謝能源物質，滿足快速增殖的細胞對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運蛋白進入細胞，并在線粒體中通過谷氨酰胺酶（GLS）催化的脫氨反應轉化為谷氨酸。谷氨酸通過谷氨酸脫氫酶（GDH）或丙氨酸或天門冬氨酸轉氨酶（TAs）轉化為TCA循環中間物α-酮戊二酸（α-KG），除了α-KG外還產生相應的氨基酸。α-KG是一種關鍵的代謝物，既可用于ATP的產生，又可用于補充TCA循環的中間產物，這一過程被稱為回補反應（anaplerosis）
2nd 氮源供應
谷氨酰胺富含氨基團，可以為細胞提供氮原子，用于合成核酸、蛋白質和其他生物分子。谷氨酰胺的氮源供應對于細胞的生長和分裂至關重要。
3rd 緩沖劑作用
細胞培養過程中，培養液的pH值對細胞的生長和代謝有重要影響。谷氨酰胺可以在細胞培養液中起到緩沖劑的作用，幫助維持適宜的酸堿平衡，確保細胞正常生長。
02 潛在問題
1st 過量使用
盡管谷氨酰胺對細胞有益，但過量的使用可能對細胞造成負面影響。過多的谷氨酰胺可能導致細胞內氨基酸代謝紊亂，影響其他氨基酸的合成和利用，從而對細胞生長和代謝產生不利影響。
2nd 穩定性問題
谷氨酰胺在細胞培養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。不適當的培養條件可能導致谷氨酰胺的降解或分解，從而降低其對細胞的作用效果。即用型液體培養液通常含有游離的L-谷氨酰胺，由于L-谷氨酰胺的化學性質不穩定，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-谷氨酰胺的培養液對細胞的生長和功能非常重要。
脫氨是L-谷氨酰胺在培養液中降解的主要反應，在酸性及堿性條件下都會發生。在培養液使用碳酸氫鹽作為酸堿緩沖體系的情況下，該反應發生的速度明顯更快。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
低質量的谷氨酰胺可能含有雜質或其他有害物質，對細胞的生長和健康產生負面影響。因此，在細胞培養中選擇高質量的谷氨酰胺供應商，并進行適當的檢測和篩選非常重要。
鑒于以上潛在的問題，含有谷氨酰胺的液體培養基需要避光冷藏保存，打開后應盡快使用，超過6個月后可適當補加谷氨酰胺。
03 解決方案
鑒于上述潛在風險，在細胞培養中，有時會使用丙氨酰-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，在細胞培養中具有一些優勢：
1. 穩定性：丙氨酰-L-谷氨酰胺在細胞培養條件下比谷氨酰胺更加穩定。谷氨酰胺在細胞培養介質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定性，不易被酶解，因此可以更有效地提供細胞所需的谷氨酰胺。
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，這意味著在細胞培養介質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，滿足細胞對營養物質的需求。
3. 生物活性：丙氨酰-L-谷氨酰胺可能對細胞的生長和代謝有更好的促進作用。它可以通過提供能量和氮源，促進蛋白質和核酸的合成，從而有助于細胞的增殖和生長。
4. 免疫調節作用：據報道，丙氨酰-L-谷氨酰胺具有免疫調節作用，它可能有助于調節免疫細胞的功能，并促進免疫反應的平衡，從而有利于細胞培養的成功。
需要注意的是，谷氨酰胺仍然是細胞培養中常用的營養物質之一，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定性。每個實驗室可根據具體需求選擇添加適合的物質。
