在细胞培养、微生物发酵和科学研究中，培养基是维持生命体生长和繁殖的“土壤”。而生物素（Biotin），又称维生素H或维生素B7，正是这片土壤中一种至关重要的微量营养成分。尽管它的需求量极小，通常以微克（µg）甚至纳克（ng）级别计算，但其作用却如同火花塞之于引擎，是不可或缺的“生长因子”。
本文将深入解析生物素在培养基中的核心作用，帮助您全面理解其重要性。
要理解生物素的作用，首先要了解它的生化功能。生物素是多种羧化酶 的必需辅因子。
简单来说： 羧化反应是在代谢物分子上添加一个羧基（-COOH）的化学反应。这个过程是三大营养物质（糖、脂肪、蛋白质）代谢的核心环节。生物素自身作为一个小分子，并不能直接催化反应，但它会像一把“钥匙”一样，牢固地结合在特定的羧化酶上，激活这些酶，从而使羧化反应得以顺利进行。
没有生物素这把“钥匙”，这些关键的羧化酶就会失活，导致整个代谢网络的中断。
基于其核心的辅因子功能，生物素在培养基中主要发挥以下几方面的重要作用：
1. 促进细胞生长与增殖 这是生物素最根本的作用。无论是培养细菌（如谷氨酸棒杆菌）、酵母（如酿酒酵母），还是哺乳动物细胞，生物素都是高效增殖的必需品。它通过保障基础代谢的顺畅，为细胞的快速分裂提供足够的能量和原材料。缺乏生物素，细胞生长会显著减缓甚至停滞。
2. 调控能量代谢（糖代谢） 生物素是丙酮酸羧化酶 的辅因子。这个酶是糖异生作用（从非糖物质生成葡萄糖）的关键步骤，同时也是连接糖酵解和三羧酸循环（TCA循环）的桥梁。对于需要大量能量和碳骨架来合成目标产物的细胞（如工业发酵），生物素的充足供应确保了能量工厂的高效运转。
3. 参与脂肪酸合成 生物素是乙酰辅酶A羧化酶 的辅因子。这个酶是脂肪酸合成的第一步，也是最关键的一步限速酶。它将乙酰辅酶A羧化为丙二酰辅酶A，这是所有脂肪酸链合成的基石。因此，在需要细胞大量合成脂肪或脂类物质的培养体系中（例如，某些产油酵母），生物素的水平和比例至关重要。
4. 影响氨基酸代谢 生物素同样是丙酰辅酶A羧化酶 和β-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶 的辅因子。这些酶参与了一些特定氨基酸（如异亮氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸）和奇数碳脂肪酸的分解代谢。这保证了蛋白质代谢的正常进行和氮源的有效利用。
5. 作为特定微生物的必需生长因子 许多微生物自身无法合成生物素，必须从外界环境中获取。对于这类菌株（称为“营养缺陷型”），生物素就是培养基中必须添加的成分，否则它们完全无法生长。例如，在谷氨酸发酵工业中，通过精确控制生物素的浓度，可以调控菌体的生长和谷氨酸的分泌，这是提高产量的关键工艺之一。
当培养基中缺乏生物素时，会出现一系列典型的异常现象：
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