生物素-親合素系統

生物素-親合素系統(Biotin-Avidin—System,BAS)是70年代末發展起來的一種新型生物反應放大系統。隨著各種生物素衍生物的問世,BAS很快被廣泛套用於醫學各領域。

生物素-親合素系統

1979年Guesdon利用生物素和親合素間具有高度親合力的特點,建立了標記親合素和生物素法(LAB/BA)與橋聯親合素—生物素技術(BRAB)。1981年Hsu首次報告了改進的親合素—生物素—過氧化酶複合物法(ABC法)。近年大量研究證實,生物素—親合素系統幾乎可與目前研究成功的各種標記物結合,如酶、螢光素、同位素、凝集素、鐵蛋白、SPA等。生物素—親合素與標記試劑高親合力的牢固結合及多級放大效應,使BAS免疫標記和有關示蹤分析更加靈敏。BAS已成為目前廣泛用於微量抗原、抗體定性、定量檢測及定位觀察研究的新技術。

BAS用於檢測的基本方法可分為三大類。第一類是標記親和素連線生物化大分子反應體系,稱BA法,或標記親和素生物素法(LAB)。第二類以親和素兩端分別連線生物素化大分子反應體系和標記生物素,稱為BAB法,或橋聯親和素-生物素法(BRAB)。第三類是將親和素與酶標生物素共溫形成親和素-生物素-過氧化物酶複合物,再與生物素化的抗抗體接觸時,將抗原-抗體反應體系與ABC標記體系連成一體,稱為ABC法。儘管方法很多,但在目前國內主要還是BAS-ELISA法。特別是其中的BA法和ABC法用得較多。至於其它標記材料(如螢光素、鐵蛋白和血藍蛋白等) 的BAS檢測系統,只要製備或得到了相應標記物,再根據BAS的基本原理及基本方法即可自行探索建立實驗程式。

BA-ELISA原理

BA-ELISA是在常規ELISA原理的基礎上,結合生物素(B)與親和素(A)間的高度放大作用,而建立的一種檢測系統。親和素是卵白蛋白中提取的一種鹼性糖蛋白,分子量為68kDa,由4個亞單位組成,對生物素有非常高的親和力(結合常數高達1015M-1)。生物素很易與蛋白質(如抗體等)以共價鍵結合。這樣,結合了酶的親和素分子與結合有特異性抗體的生物素分子產生反應,既起到了多級放大作用,又由於酶在遇到相應底物時的催化作用而呈色,達到檢測未知抗原(或抗體)分子的目的。
鏈霉親和素及其活性
鏈霉親和素(streptavidin,SA)是由鏈黴菌streptomyces avidinii分泌的一種蛋白質,分子量為65kD。鏈霉親和素分子由4條相同的肽鏈組成,其胺基酸組成中,甘氨酸和丙氨酸的含量較大,而且結合生物素的活性基團也是肽鏈中的色氨酸殘基;鏈霉親和素是一種稍偏酸性(pH6.0)的蛋白質,並且不帶任何糖基。
1 t. \3 I* d, V4 B5 F: s 鏈霉親和素分子中每條肽鏈都能結合一個生物素,因此與親和素一樣,一個鏈霉親和素分子也能結合4個生物素分子,二者親和常數(K)亦為1015L/mol。在蛋白水解酶作用下,鏈霉親和素可在N端10~12和C端19-21間斷裂,形成的核心鏈霉親和素仍然保持完整的結合生物素的能力。鏈霉親和素的活性單位也是以結合1μg生物素所需的量來表示,1mg鏈霉親和素的最高活性可達18U。

生物素-親和素系統的特點

生物素(biontin,B)廣泛分布於動、植物組織中,常從含量較高的卵黃和肝組織中提取,分子量244.31kD.生物素分子有兩個環狀結構(圖 11-1),其中Ⅰ環為咪唑酮環,是與親和素結合的主要郎部位;II環為噻吩環,C2上有一戊酸側鏈,其末端羧基是結合抗體和其他生物大分子的惟一結構,經化學修飾後,生物素可成為帶有多種活性基團的衍生物——活化生物素(圖1)。親和素(avidin,AV)亦稱抗生物素蛋白、卵白素,是從卵白蛋白中提取的一種由4個相同亞基組成的鹼性糖蛋白,分子量為68kD,等電點pI=10.5;耐熱井耐受多種蛋白水解酶的作用.尤其是與生物素結合後,穩定性更好。每個親和素能結合4個分子的生物素,二者之間的親和力極強,親和素常數(K)為1015L/mol,比抗原與抗體間的親和力(K=10.5~11L/mol)至少高1萬倍,因此二者的結合特異性高和穩定性好。親和索以結合1μg生物素所需的量作為其活性單位,1mg純的親和素的活性約為13—15U。
因此,BAS即可用於微量抗原、抗體及受體的定量、定性檢測及定位觀察研究,亦可製成親和介質用於上述各類反應體系中反應物的分離、純化。BAS在實際套用中所具有的巨大優越性,主要表現在以下幾個方面。
1.靈敏度
生物素容易與蛋白質和核酸類等生物大分子結合,形成的生物素衍生物,不僅保持了大分子物質的原有生物活性,而且比恬度高,具多價性。此外,每個親和素分子有四個生物素結合部位,可同時以多價形式結合生物素化的大分子衍生物和標記物。因此,BAS具有多級放大作用,使其在套用時可極大地提高檢測方法的靈敏度。
2.特異性
親和素與生物素間的結合具有極高的親和力,其反應呈高度專一性。因此,BAS的多層次放大作用在提高靈敏度的同時,並不增加非特異性干擾。而且,BAS結合特性不會因反應試劑的高度稀釋而受影響,使其在實際套用中可最大限度地降低反應試劑的非特異作用。
3.穩定性
親和素結合生物素的親和常數可為抗原-抗體反應的百萬倍,二者結合形成複合物的解離常數很小,呈不可逆反應性;而且酸、鹼、變性劑、蛋白溶解酶以及有機溶劑均不影響其結合。因此,BAS在實際套用中,產物的穩定性高,從而可降低操作誤差,提高測定的精確度。
4.適用性
生物素和親和素均可製成多種衍生物,不僅可與酶、螢光素和放射性核素等各類標記技術結合,用於檢測體液、組織或細胞中的抗原-抗體、激素—受體和核酸系統以及其他多種生物學反應體系,而且也可製成親和介質,用於分離提純上述各反應體系中的反應物。此外,多種BAS的商品化試劑,為臨床檢測和科研工作提供了有利條件。
5.其他
BAS可依據具體實驗方法要求製成多種通用性試劑(如生物素化第二抗體等)適用於不同的反應體系,而且都可高度稀釋,用量很少,實驗成本低;尤其是BAS與成本高昂的抗原特異性第一抗體偶聯使用,可使後者的用量大幅度減少,節約實驗費用.此外,由於生物素與親和素的結合具高速、高效的特性,儘管BAS的反應層次較多,但所需的溫育時間不長,實驗往往只需數小時即可完成

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