动、植物细胞培养产酶

这是一篇关于动、植物细胞培养产酶的思维导图，从酶生物合成调节、动物细胞、植物细胞等方面进行了概述，需要可收藏。

动、植物细胞培养产酶

• 动物细胞
  • 培养特点
    • 主要用于各种功能蛋白和多肽的生产
    • 细胞生长速度较慢，细胞倍增时间为15-100h，需要添加抗生素
    • 细胞体积大，无细胞壁保护，对剪切力敏感
    • 细胞需要锚地依赖性（贴壁生长）
    • 细胞培养基成分复杂，一般需要添加血清或代用品。分离纯化成本高，产品价格贵。
    • 原代细胞续代培养50代后会退化死亡。
  • 培养方法
    • 悬浮培养（suspension culture)
      • 悬浮培养是指细胞在反应器中自由悬浮生长的过程。无需附着于固相表面即可生长。主要用于非贴壁依赖型细胞培养，如杂交瘤细胞、淋巴组织细胞等。
      • 无血清悬浮培养适用于已知来源的蛋白或激素代替动物血清的一种细胞培养方式，他能减少后期纯化工作，提高产品质量，正逐渐成为新大规模培养研究方向。
    • 贴壁培养（anchorage-suspension culture)
      • 贴壁培养是指细胞贴附在固相表面进行的培养。细胞在培养时贴附于细胞培养器壁上，一经贴壁就迅速铺展，然后开始有丝分裂，并很快进入对数生长期。数天后就会铺满培养器表面，并形成之致密的细胞单层。
      • 优点：容易更换培养液；细胞紧密黏附于固相表面，可直接倾去旧培养液，清洗后直接加入新的培养液。适用于所有类型的细胞，包括非淋巴组织细胞和许多异倍体细胞。
      • 缺点：扩大培养比较困难，投资大；占地面积大；不能有效监测细胞的生长；
    • 固定化培养
      • 将动物细胞与水不溶性载体结合起来，再进行培养。
      • 优点：具有细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强等优点，细胞易于产物分开，有利于产物分离纯化，有吸附法、包埋法、微囊法等。
        • 微载体培养
          • 微载体培养：微载体直径在50-250μm，由天然葡聚糖、凝胶或各种合成的聚合物组成。主要应用于贴壁细胞的大规模培养。 优点：比表面积大，单位体积培养液的细胞产率高；②采用均匀悬浮培养，营养利用率高，重现性好。
          • 缺点：搅拌桨与微珠间的碰撞易损伤细胞；接种密度高；微载体吸附力弱，不适合培养悬浮型细胞。
        • 包埋法培养
          • 包埋法培养：将动物细胞包埋在多孔凝胶中而制成固定化动物细胞的方法。 步骤简便，条件温和，负荷量大。因细胞嵌入在高聚物网格中而受到保护，细胞能抗机械剪切，细胞泄露少。一般适用于非锚地依赖型细胞的固定化 。 多孔凝胶是最常用的载体，用于动物细胞固定化的凝胶主要有海藻酸钙、琼脂糖、血纤维蛋白等。
        • 微囊培养
          • 微囊培养：将培养的细胞、生物活性物质及生长介质共同包裹在半透膜中形成微囊，再将微囊放入培养系统内进行培养。 优点是：1可防止细胞在培养过程中受到物理损伤；2活性蛋白不能从囊中自由出入半透膜，从而提高细胞密度和产物含量，并方便分离纯化。
          • 缺点是：①微囊制作复杂，成功率低；②不能实现生产连续化
  • 培养基
    • 组分
      • 氨基酸、维生素、无机盐、葡萄糖、激素、生长因子
    • 配制
      • 母液的配置
        • 配置时，确保所有组分能完全溶解，并杀菌及保存过程中不产生沉淀
        • 使用前，吸取混合母液，膜滤除菌后，冷冻备用
        • 使用时，吸取母液，用无菌的平衡盐溶液稀释至所需要浓度。
    • 种类
      • 天然培养基（早期采用，成分复杂）
      • 合成培养基（成分明确，组分稳定）需要动物血清，不现实
      • 无血清培养基
        • 1.基本合成培养基加生长因子，成分明确；2.基本合成培养基加组织抽提液，成分复杂，含量不确定。
        • 优点：提高了细胞培养的可复杂性，避免了血清批次之间差异的影响；减少了由血清带来的病毒、真菌如支原体等微生物污染的危险；原料供应充足稳定；细胞产品易于优化；避免了血清中某些因素对细胞的毒性；减少了血清蛋白对某些生物测定及纯化的干扰。
  • 培养控制
    • 温度：一般在36.5±0.25℃
    • PH值：一般在7.0-7.6内（7.4）
    • 渗透压：培养液渗透压应与细胞内渗透压相同（700-800KPA）
    • 气体环境：95%空气+5%CO2，氧气是细胞代谢所必需的，CO2的作用是维持培养液的PH
    • 充足的营养 微量元素、无机盐、糖类、氨基酸、促生长因子、血清等。
    • 无菌、无毒的环境：培养液应进行无菌处理。通常还要添加抗生素，以防止培养过程中的污染。此外，应定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
• 植物细胞
  • 培养特点
    • 提高产率（高产、稳定的植物细胞）
    • 缩短周期（植物生长12-16h,生产周期15-30天）
    • 易于管理，减少劳动强度（生物反应器）
    • 提高产品质量（杂质少，无环境污染）
    • 解决反应器和工艺优化等
  • 培养基特点
    • 需要大量无机盐，除了大量元素还要微量元素的参与
    • 多种维生素和植物激素（硫胺素、吡哆素、烟酸、肌醇等）
    • 无机氮源（硝酸盐和铵盐）
    • 以蔗糖为碳源
    • MS培养基烟草细胞培养 LS是MS的升级版
  • 培养方法
    • 细胞株的建立（外植体与愈伤组织）
      • 外植体：从植株中取出，经预处理后，用于植物组织培养的植物组织的片段或小块。愈伤组织：将外植体植入诱导培养基中，于25℃左右培养一段时间，从外植体的切口部位长出小细胞团。
      • 外植体的选择与处理、愈伤组织的培养
      • 愈伤组织经细胞分离出的优良无形繁殖系，经摇床培养得游离细胞供作种子
    • 扩大培养
      • 种子细胞多次扩大繁殖后，作为接种材料
    • 大罐培养
      • 生产所要植物产品。培养方式：分批、半连续、连续
    • 名次解释
      • 原代培养物经首次传代成功即称为细胞系。能够连续传代的细胞叫做连续细胞系或无限细胞系，不能连接培养的称为有限细胞系。大多数二倍体细胞为有限细胞系。
      • 从原代培养物或细胞系中获得具有特殊性质或标志物的培养物称为细胞株。细胞株是用单细胞分离培养或筛选的办法，由单细胞增殖形成的细胞群。细胞株的特殊性质或标志必须在整个培养期间始终存在。
  • 培养条件的影响与控制
    • 温度
      • 控制在25左右，温度略高是对细胞生长有利；温度略低是对次级代谢产物有利
    • PH
      • 控制在微酸性范围，PH控制5.5左右
    • 通气与搅拌
      • 提供溶解氧；使细胞不至于凝聚成大的细胞团，以使细胞分散，分布较均匀
      • 但植物细胞生长速度较慢，如溶解氧过多会适得其反；植物细胞对剪切力敏感
    • 光照的控制
      • 生长和次级代谢产物要求一定的光波长、光照射强度和时间；少数会出现光抑制现象
    • 前体的添加
      • 前体：处于目的代谢物代谢途径上游的物质。为提高次级代谢物的产量
    • 刺激剂的应用
      • 常用微生物碎片和微生物胞外酶，刺激剂促使物质代谢朝着某些次级代谢物的方向，从而强化次级代谢物的生物合成。
• 酶生物合成调节
  • 原核生物基因表达调节
    • 操纵子，正、反调节、衰减子
    • 细菌严禁控制与PPGPP的调节
    • 时序调节与翻译水平调节
  • 真核生物基因表达调节
    • 转录前，中，后调节
    • 翻译中，后调节
    • 酶合成调节
      • 细胞分化改变酶的生物合成
      • 基因扩增加速酶的生物合成
      • 增强子促进酶的生物合成
      • 抗原诱导抗体酶的生物合成

酶生物合成调节

• 分子水平的调节（转录水平、翻译水平）
• 细胞分化、抗原诱导（基因的差异性表达：时间性和空间性）
• 多细胞整体水平调节（激素水平、神经水平调节）