生物素(biotin)与亲和素(avidin)及其类似物(如链霉亲和素streptavidin)的结合,是生物化学和分子生物学研究中最为强大的相互作用之一,其高亲和力(Kd ~ 10^-15 M)特性被广泛应用于免疫检测、蛋白纯化、细胞标记等领域。然而,围绕这一结合体系也存在一些常见的误解和错误认识。理解这些误区对于正确设计实验和解读结果至关重要。
以下是关于二者结合最常见的错误认识及其澄清:
错误认识: 由于二者结合亲和力极高,常被描述为“不可逆”,导致许多人认为一旦结合就无法分开。
正确认识: 严格来说,生物素-亲和素的结合是可逆的,但其解离常数(Kd)极低,意味着解离速率非常慢,在大多数实验的时间尺度内观察不到明显的解离,因此表现得像不可逆反应。在极端条件下(如高温、极端pH、变性剂如SDS或高浓度游离生物素存在下),结合是可以被破坏的。例如,在>SDS的样品缓冲液中煮沸,可以将生物素化蛋白从亲和素基质上洗脱下来。
错误认识: 将“亲和素(Avidin)”作为通用术语,认为来自鸡蛋清的亲和素(Avidin)和来自链霉菌的链霉亲和素(Streptavidin)性质完全相同。
正确认识: 这是最关键的区别之一。虽然两者都与生物素高效结合,但它们的其他性质差异巨大,直接影响实验选择:
特性 | 亲和素 (Avidin) | 链霉亲和素 (Streptavidin) |
---|---|---|
来源 | 鸡蛋清 | Streptomyces avidinii 菌 |
等电点 (pI) | ~10.5 (高,带正电) | ~6.5 (接近中性) |
糖基化 | 是 (含糖基) | 否 |
非特异性结合 | 高 (因带正电易与细胞表面负电分子结合) | 低 (几乎无背景结合) |
应用推荐 | 适用于某些固相检测 | 更适合大多数细胞实验、免疫组化等,因其背景低 |
结论: 在大多数涉及细胞或组织的实验中,链霉亲和素(Streptavidin) 因其低非特异性结合而成为更优选择。盲目使用亲和素(Avidin)可能导致高背景和实验结果不准确。
错误认识: 将二者的结合简单理解为1:1的一对一关系。
正确认识: 每个亲和素或链霉亲和素分子都是四聚体,含有4个完全相同的生物素结合位点。因此,一个亲和素/链霉亲和素分子可以同时结合最多4个生物素分子。这一特性被巧妙地用于信号放大(例如,一个生物素化的一抗可以结合多个标记了生物素的二抗,再通过一个结合了酶或荧光素的链霉亲和素去捕获多个生物素分子,从而大幅增强信号)。
错误认识: 认为只要连接上了生物素,被标记的分子(如抗体、蛋白、核酸)的功能就不会受到任何影响。
正确认识: 生物素化是一个化学修饰过程。如果生物素标记的位点恰好是目标蛋白的活性中心或抗体抗原结合的表位,就可能会显著干扰甚至完全抑制该分子的生物活性。此外,过度标记可能导致分子聚集或溶解度下降。因此,在实验中选择合适生物素:蛋白比例(通常需要优化)并使用质量可靠的生物素化试剂至关重要。
错误认识: 直接将在细胞实验中验证成功的生物素-链霉亲和素系统用于组织切片(如免疫组化IHC)或体内成像,而不做任何预处理。
正确认识: 许多组织和细胞(如肝、肾、乳腺、脑组织)以及某些细胞系内源性含有高水平的生物素。这些内源性生物素会与后续加入的链霉亲和素探针结合,产生严重的假阳性信号。
解决方案: 在进行基于生物素-亲和素的实验(尤其是IHC、IF、Western Blot)前,必须用亲和素/链霉亲和素阻断试剂盒对样品进行预处理,先后加入游离亲和素和游离生物素以饱和内源性结合位点,从而消除背景干扰。
生物素-亲和素系统是一个极其强大的工具,但“工欲善其事,必先利其器”。正确使用该系统需要: