生物素在细胞培养中的应用

生物素在无血清真核生物(包括杂交瘤和中国仓鼠卵巢(CHO)细胞)培养中的重要性和用途

生物素是经典培养基无血清 培养基添加剂,生物制造、组织工程和特殊培养基中发挥重要作用:

生物素是在许多培养基中发现的重要水溶性维生素。这些培养基可能包括用于生物制造、组织工程、疫苗生产和其他有价值的商业应用的无血清培养基。

许多 经典培养基中都发现包含生物素,其包括:Ames培养基;基础Eagle培养基(BME);Fitton-Jackson改良BGJb 培养基;CMRL-1066培养基;DMEM / Ham's F-12营养混合物(50:50);EMEM-α;Coon改良F-12培养基;Fischer培养基;H-Y培养基(Hybri-Max®);Iscove 改良杜氏培养基(IMDM);McCoy 5A改良培养基;MCDB培养基;培养基199;NCTC培养基;Ham F-10营养混合物;Ham F-12营养混合物;Kaighn改良Ham F-12营养混合物(F12K);RPMI-1640;无血清 /无蛋白杂交瘤培养基;Waymouth培养基(MB);Williams E培养基以及各种特殊培养基

应该指出,缺乏生物素的培养基通常基于最低必需培养基Eagle(EMEM),包括:Click培养基;杜氏改良Eagle培养基(DMEM);Glascow最低必需培养基(GMEM);以及Swim S-77培养基。IMDM和EMEM-α例外,其都含有生物素。L-12培养基也不含生物素。

用于异源蛋白质生物制造和其他商业应用的无血清制剂是基于基础经典培养基进行开发的,这些培养基中通常包含生物素作为母体制剂的一部分或作为专有或特殊培养基的新添加物。

用生物素补充培养基用于真核细胞的无血清培养会由于生物素易受氧化应激和紫外辐射失活而变得复杂。因此,在细胞培养基中有效使用生物素需要对其化学性质进行了解。有关生物素作为细胞培养基添加剂的更完整讨论,请访问Sigma的 Media Expert页面。

生物素在细胞培养基中的主要功能:

生物素是氨基酸和能量代谢以及脂肪酸合成过程中非常重要的必需维生素。它是四种哺乳动物羧化酶家族中的辅基,并能够促进二氧化碳的结合和转移。含有生物素的酶包括丙酮酸羧化酶(EC 6.4.1.1)、乙酰辅酶A羧化酶(EC 6.4.1.2)、甲基巴豆酰辅酶A羧化酶(EC 6.4.1.4)、以及丙酰辅酶A羧化酶(EC 6.4.1.3)。这四种酶都是ATP驱动的。丙酮酸羧化酶和乙酰辅酶A羧化酶在脂肪酸合成中有重要作用。甲基巴豆酰辅酶A羧化酶和丙酰辅酶A羧化酶分别参与亮氨酸和甲硫氨酸、异亮氨酸和高半胱氨酸的降解。

体外重要性:

在没有生物素的情况下,哺乳动物细胞不能合成脂肪酸。这使得这些细胞需要依赖于脂肪酸的外部来源,包括棕榈酰脂肪酸家族。这些细胞不能将甲硫氨酸、异亮氨酸、高半胱氨酸、或亮氨酸转化为TCA循环中间体,并且不能将过量的丙酮酸转化为脂肪酸。

生物素蛋白循环:

羧化酶合成为无机羧化酶。通过生物素全羧化酶合成酶,如生物素全羧化酶合成酶(EC 6.3.4.10),将生物素添加至羧化酶中。这些合成酶将生物素连接至赖氨酸的ε氨基上并形成ε-N-生物素基-L-赖氨酰氨基酸残基。当羧化酶蛋白被降解时,一种也被称为生物胞素的氨基酸被释放。一种在哺乳动物细胞中广泛存在的,被称为生物素酶(EC 3.5.1.12)的细胞酶能够将生物素从生物胞素中释放出来。生物素酶也可能具有涉及生物素的转运和细胞利用的其他作用。

蛋白质和多胺生物素化:

生物素可能在转录和DNA修复的调控中发挥作用。在某些条件下,生物素酶可能起着生物素转移酶的作用,并将生物素转移至组蛋白和多胺的赖氨酰残基上。组蛋白是影响染色质结构和通过调节和修复蛋白质进入DNA的重要蛋白。组蛋白的生物素化可能在沉默基因和细胞对DNA损伤的反应中起作用。多胺参与重要的线粒体功能。

核外的生物素和组蛋白具有一些胰岛素样活性。它们能够增加葡萄糖的吸收并刺激cGMP的合成和一氧化二氮的形成。生物素可以诱导葡萄糖激酶激活。

生物素的化学特性使其成为有效的无血清培养基添加剂

 

生物素:

维生素H,辅酶R

生物素像硫胺一样,在其环状结构中含有硫原子,已经在环上具有横向键。生物素有三个不对称的碳,存在八种不同的异构体。只有d-(+)-生物素、D-生物素异构体才具有生物活性。

分子式:C10H16N2O3S

分子量:244.31

等电点pH = 3.5

生物素是:

  • 水溶性;
  • 可溶于稀碱和热水;
  • 在酸性和中性pH范围内相对稳定

生物胞素:

极易溶于水

生物素的前体形式,通过生物素酶转化为生物素。

生物素稳定性

生理素在生理条件下是一种相对稳定的维生素,但它可能对氧化应激等因素敏感。过氧化不饱和脂肪酸或暴露于紫外线可能会使生物素失活。维生素E的部分保护实验表明,这种失活可能通过脂肪酸介导的生物素自由基攻击而发生。其中最易受影响的部位可能是硫原子。生物素的氧化产物是生物素亚砜和生物素砜。其他可能失活生物素的药物有甲醛、亚硝酸和胆碱。

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