杂交瘤细胞的代谢流量分析

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1、!"卷"期生物工程学报%&’(!")&("#$$$年!!月!"#$%&%’()*$+,(-.#(/%0"$(,(12)&*+,-+.#$$$!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!杂交瘤细胞的代谢流量分析高红亮丛威"欧阳藩（中国科学院化工冶金研究所生化工程国家重点实验室，北京!$$$0$）摘要应用代谢流量平衡模型定量分析了杂交瘤细胞的代谢流量分布。结果表明，在连续培养的杂交瘤细胞中，当葡萄糖和谷氨酰胺的流加浓度分别为!230和#3",,&’·45!时，0"3#6的葡萄糖通过糖酵解生成乳酸，7386的生

2、成脂类，进入9:;循环的仅占$3026；谷氨酰胺中的氮有26用于核酸的合成，8<386生成氨，另有203#6生成非必需氨基酸，碳骨架"!3"6生成非必需氨基酸，2<3!6进入9:;循环。关键词代谢流量分析，代谢网络，杂交瘤细胞中图分类号=182文献标识码;文章编号!$$$/2$"!（#$$$）$"/$7<$/$7动物细胞培养已经广泛地应用于生产疫苗、重接近［1］。本文应用代谢流量平衡分析的方法对杂组蛋白、医疗诊断试剂和抗体等多种产品。为了提交瘤细胞的代谢网络进行定量分析，得到杂交瘤细高动物细胞的生产效率，需要深入了解细胞的生理胞的胞内代谢流量，并进一步分析了主要代谢途径。生化行为，特别

3、是细胞的代谢。如果能够定量细胞!杂交瘤细胞代谢网络内的代谢流量，就可以知道特定培养条件下细胞合成代谢和分解代谢，了解细胞生长和产物生产的代本文以杂产瘤细胞;D#/!<23#为分析对象，实谢需求，进而合理地设计培养基，选择培养方式。验数据来源于FC’’+.研究小组［#］，本文所用的实验关于细胞主要代谢物质，如葡萄糖、氨基酸、乳数据包括细胞干重，细胞比生长速率，葡萄糖和氨基酸和氨等代谢动力学已有大量报道［!!<］。这些研酸的比消耗速率，抗体和乳酸的比生成速率。究大多涉及胞外的底物吸收速率和产物的生成速图!综合了文献中有关哺乳动物细胞的主要代率，而对动物细胞胞内代谢分析的研究还比较少。谢网络

4、［#，"，0，1］。本文将计算图!中每步反应的代谢进行代谢流量测定常用的实验手段是同位素示踪方流量，其中涉及的主要代谢物质包括：底物葡萄糖、法，包括放射性底物标记实验［8］和!2谷氨酰胺和其它氨基酸，产物乳酸、抗体，细胞内大:核磁共振分析［"］。这些方法可以阐明部分代谢途径，但实验成分子物质蛋白质、多糖、脂类、G);和H);等以及本昂贵，操作复杂。%>.,>和?>’@@&A等提出用代谢代谢中间物质。流量平衡分析方法定量分析胞内代谢网络［7］。代为了降低代谢网络的复杂性和减少代谢流量平谢流量平衡分析只需知道代谢网络的化学计量关系衡方程，本文按以下原则简化细胞内复杂的代谢网和细胞的代谢需求

5、，通过建立相应的代谢矩阵，就可络（：!）按照固定比例进行的反应，简化为一个反应以定量分析细胞内主要代谢流量。代谢矩阵的解往方程，特别是大分子物质的合成如G);和H);往并不唯一，B>*CA+’’和?>’@@&A等应用线性优化的等；（#）只列出主要代谢物质的流量平衡方程；（2）对方法，求解出胞内的代谢流量分布［0］。但D&A>.CE@每一个独立的代谢反应都分开考虑。等认为线性优化的方法有明显的缺点，只能得到边根据以上原则和图!的代谢网络，建立相应的界条件的极值［1］，线性优化的目标函数往往不易确化学计量平衡方程，列于附录I中。下面分别计算定。D&A>.CE@等用最小欧氏范数的方法求解线性

6、矩各个化学计量平衡方程的代谢流量。阵所得的结果和用放射性底物标记实验的结果最为收稿日期：#$$$/$!/!0，修回日期：#$$$/$"/$0。基金项目：国家自然科学基金项目资助（#1"$"$!!）。"通讯联系人。期高红亮等：杂交瘤细胞的代谢流量分析8"6’!代谢流量计算!"#合成胞内大分子物质和抗体的代谢流量为了简化细胞代谢网络，在本文中大分子物质的合成分别用一个化学计量平衡方程表示（附录!方程!!"!"），包括蛋白质、多糖、脂类、#$%和&$%。哺乳动物细胞中各种大分子物质所占比例文献报道不多，并且差异也较大［’(，’’］。本文采用)*+,-［’(］，列于表’中的第!列。./01所测

7、定的实验结果2/334等测定杂交瘤%)5-’6!75细胞干重为589:’’（;·<433:’）［5］，单个细胞中大分子的绝对含量’(列于第5列，根据其绝对含量可以计算每种大分子单体在单个细胞中的摩尔数!（表’第=列）："$%"!"#（’）&%"其中$%和&%分别表示"种大分子在单个细胞""中的绝对干重和大分子单体摩尔质量。每种大分子物质合成的代谢流量为：’"#!·!"（5）是细胞比生长速率。2/334.等报道杂交瘤%)5:!［5］。由（’）式和