生物(wù)素-亲和素简介

生物(wù)素是一种水溶性维生素，也被称為(wèi)维生素B7、维生素H或辅酶R，广泛分(fēn)布于动、植物(wù)组织中，主要从含量较高的卵黄和肝组织中提取，分(fēn)子量244.31Da。生物(wù)素分(fēn)子有(yǒu)两个环状结构（图1），咪唑酮环和噻吩环，经化學(xué)修饰后，生物(wù)素可(kě)成為(wèi)带有(yǒu)多(duō)种活性基团的衍生物(wù)——活化生物(wù)素。活化生物(wù)素可(kě)以在交联剂的介导下，与已知的几乎所有(yǒu)生物(wù)大分(fēn)子偶联，包括蛋白质，核酸，多(duō)糖，脂类等。

图1 生物(wù)素化學(xué)结构图

亲和素（avidin）亦称抗生物(wù)素蛋白、卵白素（图2），是从卵白蛋白中提取的一种由4个相同亚基组成的碱性糖蛋白，1个亚基能(néng)结合1个生物(wù)素，1摩尔亲和素能(néng)结合4摩尔生物(wù)素，二者亲和常数（K）高达10^-15mol/L，是目前已知的除共价结合以外、最强的非共价相互作用(yòng)之一，基于此，生物(wù)素-亲和素系统可(kě)用(yòng)于多(duō)层次信号放大场景。

图2 亲和素结构示意图

链霉亲和素（streptavidin，简称SA）分(fēn)子量约53kDa，是由链霉菌Streptomyces avidin在培养过程中分(fēn)泌的一种蛋白质，由4条相同的肽链组成，每条肽链都能(néng)结合一个生物(wù)素。链霉亲和素等電(diàn)点比亲和素低，不含糖链，具有(yǒu)更少的非特异性吸附，且具有(yǒu)更高灵敏度，所以链霉亲和素的适用(yòng)范围比亲和素更為(wèi)广泛。链霉亲和素和亲和素的差异可(kě)见下表（表1）。

表1 链霉亲和素和亲和素的差异

生物(wù)素-链霉亲和素信号放大系统

生物(wù)素和链霉亲和素可(kě)以与大分(fēn)子物(wù)质（例如抗體(tǐ)）广泛结合，而不会对其功能(néng)（如抗體(tǐ)的抗原识别位点）产生影响。因此，生物(wù)素-链霉亲和素系统得到了广泛的运用(yòng)。通过对特定物(wù)质的修饰，可(kě)以提高检测系统的灵敏度。生物(wù)素和链霉亲和素通过与酶、放射性核素及荧光素等各类标记技术结合，可(kě)以用(yòng)于微量抗原、抗體(tǐ)及受體(tǐ)的定量、定性检测及原位观察研究，也可(kě)用(yòng)于亲和纯化工艺，用(yòng)于分(fēn)离提纯上述各反应體(tǐ)系中的反应物(wù)。如體(tǐ)外诊断行业中的化學(xué)发光检测项目（CLIA），光激化學(xué)发光（LICA），酶联免疫吸附检测（ELISA）等等。

1、在ELISA（酶联免疫吸附）中的应用(yòng)

ELISA旨在检测针对细菌或病毒的抗原或抗體(tǐ)，具體(tǐ)操作步骤如图3。BAS(Biotin-Avidin System)-ELISA是在常规ELISA原理(lǐ)的基础上，把BAS与ELISA结合起来，利用(yòng)生物(wù)素与链霉亲和素间的高度放大作用(yòng)而建立的一种检测系统（图4）。用(yòng)小(xiǎo)分(fēn)子生物(wù)素标记抗體(tǐ)可(kě)减少反应中的空间位阻，结合了酶的链霉亲和素分(fēn)子与结合了特异性抗體(tǐ)的生物(wù)素分(fēn)子产生反应，起到了多(duō)级放大作用(yòng)。酶在遇到相应底物(wù)时，发挥催化作用(yòng)而使底物(wù)显色，达到检测待检物(wù)分(fēn)子的目的，大大提高了ELISA测定的灵敏度。

图3  ELISA双抗夹心法原理(lǐ)

图4  BAS-ELISA信号放大系统

2、在CLIA（化學(xué)发光）中的作用(yòng)

化學(xué)发光免疫分(fēn)析结合了免疫检测和酶促发光技术，是一种先进的免疫检测方法，基于BAS系统的化學(xué)发光免疫分(fēn)析因高灵敏度、高稳定性、检测准确等优势被广泛应用(yòng)。其中，吖啶酯化學(xué)发光分(fēn)析是目前市场比较好的免疫分(fēn)析方法。吖啶酯化學(xué)发光、链霉亲和素-生物(wù)素放大體(tǐ)系（图5）主要由吖啶酯标记的抗體(tǐ)或抗原、生物(wù)素标记的抗體(tǐ)或抗原、链霉亲和素包被官能(néng)团的磁珠几部分(fēn)构成，由于生物(wù)素和链霉亲和素是以4:1的比例相结合，吖啶酯-生物(wù)素-抗原抗體(tǐ)复合物(wù)也是以4倍的比例与链霉亲和素结合，这样发光信号也扩大了4倍，检测灵敏度更高。目前迈克生物(wù)、亚辉龙生物(wù)等都采用(yòng)了类似的反应原理(lǐ)。

图5 吖啶酯反应原理(lǐ)（夹心法一步法為(wèi)例）

3、在亲和纯化中的运用(yòng)——Strep-tag纯化系统

基于链霉亲和素和生物(wù)素之间强烈的相互作用(yòng)，科(kē)學(xué)家运用(yòng)一系列蛋白质工程手段，从短肽文(wén)库中筛选获取链霉亲和素可(kě)逆性结合的短肽亲和标签（图6），同时也对链霉亲和素的蛋白序列进行改进，双管齐下，历经三代改造，Strep-tag纯化系统脱颖而出，现已成為(wèi)被广泛应用(yòng)的亲和纯化系统之一。

Strep-tag纯化系统的突出特点是：纯化过程温和，保证了蛋白的生物(wù)活性和空间结构；特异性好，一步纯化后得到高纯度目的蛋白（＞95%）；能(néng)兼容多(duō)种表达系统，包括原核、酵母、昆虫、植物(wù)细胞或哺乳动物(wù)细胞等；还能(néng)替代金属离子螯和层析方法，避免金属离子对蛋白的干扰。

图6 目前两种广泛使用(yòng)的Strep标签

4、在光激化學(xué)发光（LICA）中的运用(yòng)

光激化學(xué)发光（Light Initiated Chemiluminescent Assay）（图7）是一种均相免疫检测技术；基于FRET (fluorescence resonance energy transfer) ，感光珠接受激发光产生单線(xiàn)态氧，单線(xiàn)态氧把能(néng)量传递至距离感光珠200nm范围内的发光珠，最终产生光信号，SA信号放大系统使光信号得到进一步增强。

图7 光激化學(xué)发光示意图

5、在胶體(tǐ)金法检测试剂盒中的运用(yòng)

胶體(tǐ)金法检测试剂盒的基本原理(lǐ)是抗原抗體(tǐ)特异性反应，当机體(tǐ)免疫系统识别出病毒抗原后产生抗體(tǐ)，抗體(tǐ)进一步与病毒抗原发生特异性结合，这种特异性结合在體(tǐ)外也能(néng)发生，于是诞生了检测试剂盒，如：抗原检测试剂盒，胶體(tǐ)金免疫层析结构如图8。

图8 胶體(tǐ)金免疫层析结构

6、在IFA（荧光免疫技术）中的作用(yòng)

BAS 用(yòng)于荧光抗體(tǐ)技术, 通常用(yòng)荧光素直接标记链霉亲和素（BA 法）来连接生物(wù)素化抗體(tǐ)；也可(kě)采用(yòng)游离链霉亲和素搭桥, 两端分(fēn)别连接生物(wù)素化抗體(tǐ)和荧光素标记的生物(wù)素(BAB法)或荧光标记抗链霉亲和素抗體(tǐ)的夹心法。

7、在其它方面的运用(yòng)

生物(wù)素-链霉亲和素在分(fēn)子生物(wù)學(xué)中的运用(yòng)日益增多(duō)，目前主要集中在三个方面：用(yòng)BAS 制备的亲和吸附剂进行基因的分(fēn)离纯化；以生物(wù)素标记核酸探针进行定位检测；将免疫测定技术与PCR 结合建立免疫-PCR(immun-PCR)用(yòng)于抗原的检测。

此外，SA系统可(kě)以辅助发现蛋白作用(yòng)机理(lǐ)，在生物(wù)传感器领域也有(yǒu)广泛的运用(yòng)，能(néng)够对分(fēn)子相互作用(yòng)的动态过程进行实时监控，SA系统用(yòng)于研究生物(wù)信号的放大作用(yòng)。

关于纽龙：

杭州纽龙生物(wù)科(kē)技有(yǒu)限公司是一家专注于重组蛋白以及蛋白纯化填料研发、生产、销售的國(guó)家高新(xīn)技术企业。基于野生型链霉亲和素序列，通过序列设计、蛋白重构，自主研究开发出一系列不同特性的链霉亲和素产品，通过调整链霉亲和素的氨基酸序列、末端氨基酸组成、生物(wù)素结合域，可(kě)以满足客户在化學(xué)发光、ELISA、胶體(tǐ)金、SA磁珠制备、Strep-tag标签蛋白纯化等领域的应用(yòng)，如有(yǒu)需要，欢迎拨打0571-82872376联系我们。

参考文(wén)献：

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