氨基酸合成涵盖细胞产生氨基酸的代谢途径。人类可以合成二十种标准氨基酸中的十一种，而其余九种（称为必需氨基酸）必须从饮食中获取。

必需氨基酸与非必需氨基酸

必需氨基酸

人类不能合成组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。这些必须由饮食提供。缺乏任何必需氨基酸都会导致蛋白质缺乏，因为蛋白质合成同时需要所有二十种氨基酸。

非必需氨基酸

其余十一种氨基酸可由人体合成。它们是由常见的代谢中间体产生的，例如源自糖酵解和柠檬酸循环的α-酮酸。

生物合成途径

转氨

合成许多氨基酸的第一步是转氨基作用。 α-酮酸在转氨酶的催化下从另一种氨基酸（通常是谷氨酸）接受氨基。该反应将酮酸转化为氨基酸。

氨基酸家族

氨基酸根据其生物合成前体分为不同的家族：从α-酮戊二酸衍生出谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸；从α-酮戊二酸衍生出谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸；由草酰乙酸衍生出天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸和赖氨酸；来自丙酮酸的有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸；来自3-磷酸甘油酸的有丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸；从莽草酸衍生出苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸； 5-磷酸核糖产生组氨酸。

法规

氨基酸合成受到反馈抑制的严格调节。途径的最终产物抑制第一个特定酶，防止过度生产。这使得细胞能够将氨基酸的产生与其需求相匹配。

实用 HPLC 氨基酸分析

通过用等体积的 10% 三氯乙酸或磺基水杨酸脱蛋白来制备样品（例如血浆、细胞裂解物或培养基）。 10,000 × g 离心 10 分钟，收集上清液。衍生化检测用氨基酸：对于柱前衍生化，将 10 µL 样品与 70 µL 硼酸盐缓冲液 (pH 8.8) 和 20 µL 含有 3-巯基丙酸的邻苯二甲醛 (OPA) 试剂混合。在室温下孵育 2 分钟，然后将 10 µL 注射到用 40 mM 磷酸钠缓冲液 (pH 7.8) 平衡的反相 C18 柱 (4.6 × 150 mm, 5 µm) 上。用乙腈梯度（30 分钟内 0–60%）以 1 mL/min 的速度洗脱。通过荧光检测 OPA 衍生氨基酸（激发波长 340 nm，发射波长 450 nm）。或者，通过带有柱后茚三酮检测的阳离子交换色谱法分离未衍生化的氨基酸。 毛细管区带电泳 (CZE) 为氨基酸分析提供了另一种方法，能够以高效率和短分析时间分离衍生化和未衍生化氨基酸 - 氨基酸在 130°C 下与茚三酮反应形成紫色产物（鲁赫曼紫色），在 570 nm 处检测到，而脯氨酸和羟脯氨酸在 440 nm 处产生黄色产物。通过将峰面积与已知浓度的 20 种氨基酸的标准混合物进行比较，对每种氨基酸进行定量。对于细胞培养基配方，根据细胞类型，确保所有必需氨基酸（组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸）的浓度为 0.5–12 mM。由于其在溶液中不稳定，谷氨酰胺通常以 2-4 mM 的浓度添加 - 它在 37°C 下降解为谷氨酸和氨，半衰期约为 5 天。

实际应用

在用于单克隆抗体生产的分批补料 CHO 细胞培养中，对用过的培养基进行每日 HPLC 分析表明，谷氨酰胺、天冬酰胺和丝氨酸在第 5 天后被耗尽。在第 6 天添加含有这三种氨基酸的目标补料，将培养物活力从第 10 天延长至第 14 天，并将抗体效价提高了 40%。