谷胱甘肽在细胞培养中的应用

谷胱甘肽在无血清真核细胞(包括杂交瘤细胞和中国仓鼠卵巢(CHO)细胞)培养中的重要性和应用

谷胱甘肽是一种实用的无血清培养基添加剂,适用于生物制造、组织工程和特殊培养基:

谷胱甘肽是一种水溶性三肽,具有活性巯基化学性质,对细胞生长和活性非常重要。细胞是否受益于外源谷胱甘肽的添加取决于具体情况。在最佳条件下,细胞生产需要谷胱甘肽。然而,细胞产生最佳谷胱甘肽水平的能力取决于营养因素和细胞条件。

有些(但不是全部)早期细胞培养基含有谷胱甘肽。早期培养基M199、McCoy 5A改良培养基和Waymouth MB培养基含有谷胱甘肽。Waymouth MB培养基被开发为成分明确的培养基。由培养基199衍生出来的CMRL-1066培养基含有谷胱甘肽。CMRL-1066被设计为一种化学成分明确的培养基,谷胱甘肽含量比培养基199多200倍。20世纪60年代早期开发的NCTC培养基也含有高水平谷胱甘肽。专为白细胞培养开发的RPMI-1640培养基含有谷胱甘肽。Williams E培养基含有谷胱甘肽。许多培养基作为生物制造和组织工程专利培养基的开发基础,其配方中不含谷胱甘肽。这些培养基包括:杜氏改良Eagle培养基(DMEM);Ham F-12营养混合物;DMEM/Ham营养混合物F-12(50:50);以及Iscove改良杜氏培养基(IMDM)。无血清/无蛋白质杂交瘤培养基不含添加的谷胱甘肽,而H-Y培养基(Hybri-Max®)含有添加的谷胱甘肽。

经过努力开发用于生物制造和组织工程的无血清/无蛋白质培养基,发现对外源谷胱甘肽的要求并不明确。通过了解培养基其他组分的可用性如何影响细胞对谷胱甘肽的需求,解决了该问题的一部分。其重要影响因素包括氧化应激水平、细胞利用半胱氨酸和半胱氨酸等价物的能力以及细胞表型。有关谷胱甘肽作为细胞培养添加剂的更全面信息,请访问Sigma Media Expert.。

谷胱甘肽在细胞培养系统中的主要功能:

谷胱甘肽可保护细胞免受氧化应激影响,并有助于细胞内外形成有利的氧化还原环境。它提供还原等价物,从而再生巯基化合物和抗氧化剂,并将过氧化物转化为水或醇。氧化型谷胱甘肽可被谷胱甘肽还原酶迅速还原,并且在正常的体内或血清条件下,几乎不存在氧化型谷胱甘肽。

谷胱甘肽是许多硒蛋白的首选底物,它们通过将过氧化氢转化成水和有机氢过氧化物转化成水和有机醇,为细胞内和细胞外环境解毒。如果不去除这些过氧化物和氢过氧化物,它们最终会形成活性羟基、过氧化氢和烷氧基自由基。

谷胱甘肽可还原胱氨酸和半胱氨酸混合二硫化物,形成半胱氨酸。因此,它的作用是保持半胱氨酸的还原形式,并还原以混合二硫化物形式存在的半胱氨酸。这可以保持半胱氨酸作为蛋白质和谷胱甘肽自身形成的底物。

谷胱甘肽再生成抗坏血酸,这是一种参与铜活化、细胞粘附、氨基酸分解代谢和抗氧化的重要维生素。维生素E是细胞的主要膜相关抗氧化剂。它通过提供氢原子将脂质氢过氧自由基转化为氢过氧化物而发挥作用。维生素E由抗坏血酸再生,而抗坏血酸随后由谷胱甘肽再生。因此,谷胱甘肽间接促进了细胞膜中的抗氧化活性。

还原型谷胱甘肽是一种有效的亚铜螯合剂。已有研究表明,当亚铜被添加到含有抗坏血酸的溶液中时,抗坏血酸自氧化的速度加快。谷胱甘肽可能会抑制铜介导的抗坏血酸自氧化。

谷胱甘肽通过谷胱甘肽S-转移酶使在脂质过氧化和/或糖化氧化过程中产生的活性醛类物质解毒而发挥作用。

谷胱甘肽可作为用于蛋白质合成的无毒和稳定的半胱氨酸储库。

谷胱甘肽使细胞内蛋白质硫醇基团保持还原形式。这有利于蛋白质的分泌。

有些细胞采用特殊的氨基酸膜转运系统,其依赖于γ-谷氨酰转肽酶。谷胱甘肽是这种酶的首选底物。因此,谷胱甘肽可促进其他氨基酸向细胞内的转运。

谷胱甘肽的化学性质使其成为实用的无血清培养基添加剂:

谷胱甘肽是一种分子量为307.33的三肽。它由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸氨基酸残基组成。半胱氨酸通过谷氨酸侧链的γ碳与谷氨酸连接。谷胱甘肽含有参与氧化还原反应的巯基。它可以接受或提供单电子等价物,并以还原型谷胱甘肽、氧化二谷胱甘肽、混合二硫化物和金属配位二硫醇的形式存在。

还原型谷胱甘肽对自氧化的稳定性比抗坏血酸或半胱氨酸高几个数量级。它能够非酶促还原其他分子,如脱氢抗坏血酸、α-生育酚、胱氨酸和蛋白质二硫化物。氧化谷胱甘肽被谷胱甘肽还原酶(EC 1.6.4.2)催化还原,并从NADPH接收其电子等价物。

在体外,谷胱甘肽通常存在于含有其他硫醇化合物(如上述化合物)的环境中。由于谷胱甘肽易于还原这些其他分子,因此,其还原形式的半衰期较短,并且必须被持续酶促还原。谷胱甘肽主要以还原形式存在于血清中。在没有血清或细胞的情况下,它可能主要以氧化形式存在。

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