Авидин - Avidin

Семья Авидиных
Tetramer.png
Тетрамерная структура стрептавидина с 2 связанными биотинами
Идентификаторы
СимволАвидин
PfamPF01382
ИнтерПроIPR005468
PROSITEPDOC00499
CATH1slf
SCOP21slf / Объем / СУПФАМ
Биотин - Авидин может связывать до четырех молекул биотина одновременно с высокой степенью сродства и специфичности

Авидин это тетрамерный биотин переплет белок произведено в яйцеводы из птицы, рептилии и амфибии и хранится в белые от их яйца. Димерный члены семейства авидинов также обнаружены в некоторых бактериях.[1] В курином яичном белке авидин составляет примерно 0,05% от общего белка (примерно 1800 мкг на яйцо). Тетрамерный белок содержит четыре идентичных подразделения (гомотетрамер), каждый из которых может связываться с биотин (Витамин B7, витамин H) с высокой степенью сродства и специфичности. В константа диссоциации комплекса авидин-биотин составляет KD ≈ 10−15 M, что делает его одной из самых сильных известных нековалентных связей.[2]

В тетрамерной форме авидин оценивается в 66–69 тыс.Да по размеру.[3] 10% молекулярной массы составляют углеводы, состоящие из четырех-пяти манноза и три N-ацетилглюкозамин остатки[4] В углевод фрагменты авидина содержат не менее трех уникальных олигосахарид структурные типы, близкие по строению и составу.[5]

Функциональный авидин содержится только в сырых яйцах, так как биотиновый сродство белка разрушается при приготовлении пищи. Естественная функция авидина в яйцах неизвестна, хотя постулируется, что он вырабатывается в яйцеводе как ингибитор роста бактерий, связывая биотин, полезный для роста бактерий. В качестве доказательства этому стрептавидин, родственный белок с равным сродством к биотину и очень похожим сайтом связывания, производится определенными штаммами Streptomyces бактерий, и считается, что они служат для подавления роста конкурирующих бактерий, как антибиотик.[6]

Не-гликозилированный форма авидина была выделена из коммерчески приготовленного продукта; однако неясно, существует ли негликозилированная форма в природе или она является продуктом производственного процесса.[7]

Открытие

Сырой яичный желток в окружении яичного белка. Авидин был впервые выделен из сырого куриного яичного белка Эсмондом Эмерсоном Снеллом.

Авидин был открыт Эсмонд Эмерсон Снелл (1914–2003). Это открытие началось с наблюдения, что цыплята, соблюдающие диету из сырого яичного белка, страдали недостаточностью биотин, несмотря на наличие витамина в их рационе.[8] Был сделан вывод, что компонент яичного белка секвестировал биотин.[8] что Снелл подтвердил in vitro используя дрожжи проба.[9] Позже Снелл выделил компонент яичного белка, ответственный за связывание биотина, и в сотрудничестве с Поль Дьёрдь подтвердили, что выделенный яичный белок был причиной дефицита биотина или «повреждения яичного белка».[10] В то время исследователи из Исследовательской лаборатории предварительно назвали этот белок авидальбумином (буквально «голодный альбумин»). Техасский университет.[10] Позднее название белка было изменено на «авидин» на основании его сродства к биотину (авид + биотин).[11]

Приложения

Авидин
Идентификаторы
ОрганизмКурица
СимволAVD
UniProtP02701
Если не указано иное, биомедицинский реагент «авидин» представляет собой куриный авидин.

Исследования 1970-х годов помогли установить систему авидин-биотин в качестве мощного инструмента в биологических науках. Осознавая силу и специфичность комплекса авидин-биотин, исследователи начали использовать куриный авидин и стрептавидин в качестве зондов и матриц аффинности в многочисленных исследовательских проектах.[12][13][14][15] Вскоре после этого исследователи Байер и Вилчек разработаны новые методы и реагенты для биотинилирования антитела и другие биомолекулы,[16][17] позволяя переносить систему авидин-биотин для целого ряда биотехнологических приложений. Сегодня авидин используется в самых разных областях, от исследований и диагностики до медицинских устройств и фармацевтических препаратов.

Сродство авидина к биотину используется в широком спектре биохимических анализов, включая вестерн-блот, ELISA, ELISPOT и тянуть вниз анализы. В некоторых случаях использование биотинилированных антител позволило заменить меченные радиоактивным йодом антитела в радиоиммуноанализ системы, чтобы дать аналитическую систему, которая не является радиоактивной.[нужна цитата ]

Авидин, иммобилизованный на твердых носителях, также используется в качестве очищающей среды для захвата меченный биотином молекулы белка или нуклеиновой кислоты. Например, белки клеточной поверхности могут быть специфически помечены мембранно-непроницаемым биотиновым реагентом, а затем специфически захвачены с использованием носителя на основе авидина.[нужна цитата ]

Измененные формы

Как в основном заряженный гликопротеин, авидин в некоторых приложениях проявляет неспецифическое связывание. Нейтравидин, дегликозилированный авидин с модифицированными аргининами, проявляет более нейтральный изоэлектрическая точка (pI) и доступен как альтернатива нативному авидину, когда возникают проблемы неспецифического связывания. Дегликозилированные нейтральные формы куриного авидина доступны через Sigma-Aldrich (Extravidin), Thermo Scientific (NeutrAvidin), Invitrogen (NeutrAvidin) и e-Proteins (NeutraLite).

Учитывая прочность связи авидин-биотин, диссоциация комплекса авидин-биотин требует экстремальных условий, вызывающих денатурацию белка. Необратимая природа комплекса авидин-биотин может ограничивать применение авидина в приложениях аффинной хроматографии, где желательно высвобождение захваченного лиганда. Исследователи создали авидин с обратимыми характеристиками связывания посредством нитрования или йодирования тирозина на сайте связывания.[18] Модифицированный авидин проявляет сильные характеристики связывания биотина при pH 4 и высвобождает биотин при pH 10 или выше.[18] Мономерная форма авидина с пониженным сродством к биотину также используется во многих коммерчески доступных аффинных смолах. Мономерный авидин создается обработкой иммобилизованного нативного авидина мочевиной или гуанидином HCl (6-8 М), что снижает диссоциацию. KD ≈ 10−7М.[19] Это позволяет элюции из матрицы авидина происходить в более мягких, неденатурирующих условиях, с использованием низких концентраций биотина или условий низкого pH. Для единственного высокоаффинного сайта связывания биотина без перекрестного сшивания может использоваться одновалентная версия дальнего родственника авидина, стрептавидина.[20]

Блокирование связывания биотина

Термостабильность и активность авидина по связыванию биотина представляют как практический, так и теоретический интерес для исследователей, поскольку стабильность авидина необычайно высока, а авидин является антиоксидантным. антинутриент в человеческой пище.[21] Исследование 1966 г., опубликованное в Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях обнаружили, что структура авидина остается стабильной при температурах ниже 70 ° C (158 ° F). При температуре выше 70 ° C (158 ° F) структура авидина быстро разрушается, а при температуре 85 ° C (185 ° F) обнаруживается значительная потеря структуры и потеря способности связывать биотин.[22] 1991 год проба для Журнал пищевой науки обнаружили существенную активность авидина в вареном яичном белке: «средняя остаточная активность авидина в жареном, вареном и вареном (2 мин) яичном белке составляла 33, 71 и 40% активности в сыром яичном белке». Анализ показал, что время приготовления было недостаточным для адекватного нагрева всех холодных участков внутри яичного белка. Для полной инактивации способности авидина связывать биотин требовалось кипячение в течение более 4 минут.[23]

Исследование 1992 года показало, что термическая инактивация биотин-связывающей активности авидина описана D121 ° С = 25 мин и z = 33 ° С. Это исследование не согласуется с предыдущими предположениями, что «сайт связывания авидина разрушается при нагревании. денатурация ".[21]

Биотин-связывающие свойства авидина были использованы при разработке идрабиотапаринукс, низкомолекулярный гепарин используется при лечении венозный тромбоз. Из-за длительного действия идрапаринукс, были высказаны опасения относительно клинического ведения кровотечений. При добавлении фрагмента биотина к молекуле идрапаринукса образуется идрабиотапаринукс; его антикоагулянтная активность в условиях кровотечения может быть отменена с помощью внутривенной инфузии авидина.[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Helppolainen SH, Nurminen KP, Määttä JA, Halling KK, Slotte JP, Huhtala T. и др. (Август 2007 г.). «Ризавидин из Rhizobium etli: первый природный димер в семействе белков авидина». Биохимический журнал. 405 (3): 397–405. Дои:10.1042 / BJ20070076. ЧВК  2267316. PMID  17447892.CS1 maint: ref = harv (связь)
  2. ^ Грин Н.М. (декабрь 1963 г.). «Авидин. 1. Использование (14-C) биотина для кинетических исследований и анализа». Биохимический журнал. 89 (3): 585–91. Дои:10.1042 / bj0890585. ЧВК  1202466. PMID  14101979.CS1 maint: ref = harv (связь)
  3. ^ Корпела Дж (1984). «Авидин, биотин-связывающий белок с высоким сродством, как инструмент и предмет биологических исследований». Медицинская биология. 62 (1): 5–26. PMID  6379329.CS1 maint: ref = harv (связь)
  4. ^ Грин Н.М. (1975). Anfinsen CB, Edsall JT, Richards FM (ред.). «Авидин». Достижения в химии белков. 29: 85–133. Дои:10.1016 / S0065-3233 (08) 60411-8. ISBN  978-0-12-034229-7. PMID  237414.CS1 maint: ref = harv (связь)
  5. ^ Брух Р.С., Белый HB (октябрь 1982 г.). «Состав и структурная неоднородность гликопептидов авидина». Биохимия. 21 (21): 5334–41. Дои:10.1021 / bi00264a033. PMID  6816268.CS1 maint: ref = harv (связь)
  6. ^ Хендриксон В.А., Пэлер А., Смит Дж. Л., Сатов Ю., Мерритт Е.А., Физакерли Р.П. (апрель 1989 г.). «Кристаллическая структура основного стрептавидина, определенная на основе многоволновой аномальной дифракции синхротронного излучения». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 86 (7): 2190–4. Bibcode:1989PNAS ... 86.2190H. Дои:10.1073 / pnas.86.7.2190. JSTOR  33443. ЧВК  286877. PMID  2928324.CS1 maint: ref = harv (связь)
  7. ^ Хиллер Y, Гершони JM, Bayer EA, Wilchek M (ноябрь 1987 г.). «Связывание биотина с авидином. Боковая цепь олигосахарида не требуется для ассоциации лиганда». Биохимический журнал. 248 (1): 167–71. Дои:10.1042 / bj2480167. ЧВК  1148514. PMID  3435435.CS1 maint: ref = harv (связь)
  8. ^ а б Икин RE, Мак-Кинли WA, Уильямс RJ (сентябрь 1940). «Повреждение яичного белка у цыплят и его связь с дефицитом витамина H (биотина)». Наука. 92 (2384): 224–5. Bibcode:1940Sci .... 92..224E. Дои:10.1126 / science.92.2384.224. PMID  17743857.CS1 maint: ref = harv (связь)
  9. ^ Снелл Э. Э., Икин Р. Э., Уильямс Р. Дж. (1940). «Количественный тест на биотин и наблюдения относительно его происхождения и свойств». Журнал Американского химического общества. 62: 175–8. Дои:10.1021 / ja01858a052.CS1 maint: ref = harv (связь)
  10. ^ а б Дьердь П., Роуз С.С., Икин Р.Э., Снелл Е.Е., Уильямс Р.Дж. (май 1941 г.). «Повреждение яичного белка в результате невсасывания или инактивации биотина». Наука. 93 (2420): 477–8. Bibcode:1941Научный .... 93..477Г. Дои:10.1126 / наука.93.2420.477. PMID  17757050.CS1 maint: ref = harv (связь)
  11. ^ Кресдж Н., Симони Р.Д., Хилл Р.Л. (2004). "Открытие Авидина Эсмондом Э. Снеллом". Журнал биологической химии. 279 (41): e5.CS1 maint: ref = harv (связь)
  12. ^ Хофманн К., Кисо Ю. (октябрь 1976 г.). «Подход к целенаправленному прикреплению пептидов и белков к твердым носителям». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 73 (10): 3516–8. Bibcode:1976PNAS ... 73.3516H. Дои:10.1073 / pnas.73.10.3516. JSTOR  66631. ЧВК  431147. PMID  185617.CS1 maint: ref = harv (связь)
  13. ^ Байер Э.А., Скутельски Э., Винн Д., Вилчек М. (август 1976 г.). «Получение конъюгатов ферритин-авидин восстановительным алкилированием для использования в электронной микроскопической цитохимии». Журнал гистохимии и цитохимии. 24 (8): 933–9. Дои:10.1177/24.8.182877. PMID  182877.CS1 maint: ref = harv (связь)
  14. ^ Ангерер Л., Дэвидсон Н., Мерфи В., Линч Д., Аттарди Г. (сентябрь 1976 г.). «Электронно-микроскопическое исследование относительного положения генов 4S и рибосомной РНК в митохондриальной ДНК клеток HeLa». Клетка. 9 (1): 81–90. Дои:10.1016/0092-8674(76)90054-4. PMID  975242. S2CID  54340885.CS1 maint: ref = harv (связь)
  15. ^ Heggeness MH, Ash JF (июнь 1977 г.). «Использование комплекса авидин-биотин для локализации актина и миозина с помощью флуоресцентной микроскопии». Журнал клеточной биологии. 73 (3): 783–8. Дои:10.1083 / jcb.73.3.783. ЧВК  2111432. PMID  326797.CS1 maint: ref = harv (связь)
  16. ^ Байер Э.А., Залис М.Г., Вильчек М. (сентябрь 1985 г.). «3- (N-Малеимидопропионил) биоцитин: универсальный тиол-специфический биотинилирующий реагент». Аналитическая биохимия. 149 (2): 529–36. Дои:10.1016/0003-2697(85)90609-8. PMID  3935007.CS1 maint: ref = harv (связь)
  17. ^ Wilchek M, Ben-Hur H, Bayer EA (июль 1986 г.). «п-Диазобензоил биоцитин - новый биотинилирующий реагент для мечения тирозинов и гистидинов в белках». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 138 (2): 872–9. Дои:10.1016 / S0006-291X (86) 80577-0. PMID  3741438.CS1 maint: ref = harv (связь)
  18. ^ а б Мораг Э., Байер Э.А., Вилчек М. (май 1996 г.). «Обратимость связывания биотина путем селективной модификации тирозина в авидине». Биохимический журнал. 316 (1): 193–9. Дои:10.1042 / bj3160193. ЧВК  1217322. PMID  8645205.CS1 maint: ref = harv (связь)
  19. ^ Коханский Р.А., Переулок М.Д. (1990). «Аффинные колонки с моновалентным авидином». Методы в энзимологии. 184: 194–200. Дои:10.1016 / 0076-6879 (90) 84274-К. ISBN  978-0-12-182085-5. PMID  2388570.CS1 maint: ref = harv (связь)
  20. ^ Ховарт М., Чиннапен Д.Д., Герроу К., Доррестейн П.С., Гранди М.Р., Келлехер Н.Л. и др. (Апрель 2006 г.). «Моновалентный стрептавидин с одним фемтомолярным сайтом связывания биотина». Природные методы. 3 (4): 267–73. Дои:10.1038 / nmeth861. ЧВК  2576293. PMID  16554831.
  21. ^ а б Дюранс Т.Д., Вонг Н.С. (1992). «Кинетика термической инактивации авидина». Food Research International. 25 (2): 89–92. Дои:10.1016 / 0963-9969 (92) 90148-Х.CS1 maint: ref = harv (связь)
  22. ^ Причард А.Б., Маккормик Д.Б., Райт Л.Д. (1966). «Оптические вращательные исследования дисперсии тепловой денатурации авидина и комплекса авидин-биотин». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 25 (5): 524–8. Дои:10.1016 / 0006-291X (66) 90623-1.CS1 maint: ref = harv (связь)
  23. ^ Durance TD (1991). «Остаточная активность в приготовленном яичном белке, проанализированная с повышенной чувствительностью». Журнал пищевой науки. 56 (3): 707–9. Дои:10.1111 / j.1365-2621.1991.tb05361.x.CS1 maint: ref = harv (связь)
  24. ^ Büller HR, Gallus AS, Pillion G, Prins MH, Raskob GE (январь 2012 г.). «Эноксапарин с последующим еженедельным введением идрабиотапаринукса по сравнению с эноксапарином плюс варфарин для пациентов с острой симптоматической тромбоэмболией легочной артерии: рандомизированное, двойное слепое, двойное фиктивное исследование не меньшей эффективности». Ланцет. 379 (9811): 123–9. Дои:10.1016 / S0140-6736 (11) 61505-5. PMID  22130488. S2CID  205964156.CS1 maint: ref = harv (связь)

внешняя ссылка