细胞培养液的基础成分有哪些?

细胞培养液的基础成分有哪些?

细胞培养液的基础成分是维持细胞体外生存与基本代谢的核心 “骨架”，其成分需模拟细胞体内生理环境，主要包括以下 7 大类，每类成分均承担特定关键功能，共同保障细胞活性：

1. 能量物质：细胞代谢的 “动力来源”

为细胞分裂、物质合成等生命活动提供能量和碳 / 氮源，是细胞存活的必需前提。

核心成分：葡萄糖、谷氨酰胺(最主要)，部分培养液会添加丙酮酸钠(作为应急能量补充)。

具体作用：

葡萄糖：通过糖酵解、三羧酸循环产生 ATP，是绝大多数细胞的主要碳源和能量来源;

谷氨酰胺：不仅能提供能量，还能作为氮源参与蛋白质、核酸合成，尤其对快速增殖的细胞(如肿瘤细胞、免疫细胞)至关重要，但其会自发分解产生氨(对细胞有毒性)，需注意培养液更换频率。

2. 氨基酸：合成生物大分子的 “原料库”

氨基酸是细胞合成蛋白质、酶、激素及核酸的基础原料，分为 “必需氨基酸” 和 “非必需氨基酸” 两类，均需在基础培养液中补充(体外细胞无法自主合成全部氨基酸)。

必需氨基酸(细胞自身不能合成，必须外源补充)：如亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸等(共 10 种，不同物种细胞需求略有差异);

非必需氨基酸(细胞可少量合成，但外源补充能促进生长)：如丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸等;

作用：保障细胞结构(如细胞膜蛋白)、功能分子(如酶、受体)的合成，直接影响细胞增殖速率和活性。

3. 维生素：代谢反应的 “催化剂”

多作为辅酶或辅基参与细胞代谢过程，无法大量储存，需持续从培养液中获取，以 B 族维生素最为关键。

常见种类：维生素 B1(硫胺素，参与糖代谢)、维生素 B2(核黄素，参与氧化还原反应)、维生素 B12(钴胺素，参与核酸合成)、维生素 C(抗坏血酸，抗氧化、保护细胞免受自由基损伤);

作用：调控能量转化、物质合成等关键代谢通路，缺乏会导致细胞代谢紊乱、生长停滞。

4. 矿物质：维持细胞稳态的 “调节剂”

以离子形式存在，主要用于维持细胞渗透压平衡、细胞膜电位稳定，同时激活多种酶的活性，是细胞生理环境的 “稳定剂”。

核心离子及作用：

钠离子(Na⁺)、氯离子(Cl⁻)：维持细胞外液渗透压，保障细胞形态(避免吸水破裂或失水皱缩);

钾离子(K⁺)：维持细胞内液渗透压，参与细胞膜电位调节(如神经细胞、心肌细胞兴奋传递);

钙离子(Ca²⁺)：参与细胞黏附、信号传导(如肌肉收缩、细胞凋亡调控)，对贴壁细胞附着至关重要;

镁离子(Mg²⁺)：激活 ATP 酶、激酶等关键酶，参与能量代谢和核酸合成。

5. 缓冲体系：维持 pH 稳定的 “平衡器”

细胞代谢会持续产生酸性物质(如乳酸、CO₂)，导致培养液 pH 下降，缓冲体系可中和酸性物质，将 pH 稳定在细胞适宜范围(多数哺乳动物细胞适宜 pH 7.2-7.4)，是细胞存活的关键环境保障。

主流缓冲成分：

碳酸氢钠(NaHCO₃)：最常用，需配合 5% CO₂培养箱使用(CO₂与 NaHCO₃形成 “CO₂-HCO₃⁻” 缓冲对，维持 pH 稳定);

HEPES：适用于无 CO₂环境或需严格控 pH 的实验(如活细胞成像)，缓冲能力强(pH 6.8-8.2)，但成本较高。

6. pH 指示剂：可视化监测 pH 的 “信号剂”

为方便实验者快速判断培养液 pH 变化(避免肉眼无法察觉的 pH 异常导致细胞死亡)，基础培养液中通常添加酚红作为 pH 指示剂。

颜色变化规律：

pH 7.2-7.4(适宜范围)：呈红色;

pH < 7.0(过酸，可能因细胞代谢过旺或污染)：呈黄色;

pH > 7.6(过碱，可能因 CO₂逸出或污染)：呈紫色。

7. 抗生素(可选)：防控微生物污染的 “保护剂”

细胞培养易受细菌(如大肠杆菌、葡萄球菌)、支原体污染，导致培养液浑浊、细胞死亡，可在基础培养液中添加低浓度抗生素(非必需，需根据实验需求选择)。

常见组合：青霉素(抑制革兰氏阳性菌细胞壁合成)+ 链霉素(抑制革兰氏阴性菌蛋白质合成)，合称 “双抗”;

注意事项：抗生素无法杀灭支原体，且长期使用可能导致细胞耐药性，仅在污染风险高的场景(如原代细胞培养)短期添加。