生物素和它的结合伙伴亲和素是目前分子生物学中常用的不同的技术和方案。在这篇文章中，我们将讨论生物素的自然作用，生物素化，生物素-亲和素相互作用的发现和生物素化在分子生物学中的应用!
生物素是生命必需的维生素
生物素(维生素H或维生素B7)是生物素在分子生物学中最常见的作用，但生物素(维生素H或维生素B7)首先是一种必需的辅酶，所有生物体都需要它来维持生命。生物素只由植物、大多数细菌和一些真菌合成，因此哺乳动物必须通过外部来源获得维生素。人类从小肠内的微生物群中吸收了大部分所需的生物素。
生物素是一种以共价形式附着于关键代谢酶(包括生物素羧化酶和脱羧酶)活性位点的辅助因子。这些酶催化羧基向有机酸的转移，产生重要的细胞代谢物。生物素作为一种化合物到另一种化合物的羧基载体。这些生物素依赖的酶在糖异生、脂肪生成、氨基酸代谢和能量转导等过程中是必不可少的。
生物素化是将生物素添加到蛋白质或大分子中的一般过程。生物素可以通过酶法或化学方法添加。酶的生物素化在细胞中自然发生，是生物素在新合成的酶的活性部位共价结合到特定赖氨酸的过程。生物素蛋白连接酶(BPL)负责这种高度特异性的翻译后蛋白修饰。大多数生物在整个蛋白质组中只有不到五种酶被生物素化。在大肠杆菌例如，底保,BirA，只在生物素羧基载体蛋白(BCCP)上对整个生物体中的一个赖氨酸进行生物素化。
生物素-亲和素相互作用的发现
 |
| 图1:蛋黄中富含生物素，而蛋白中含有生物素。亲和素是一种能结合四种生物素分子的糖蛋白。 |
在20世纪30年代后期，人们观察到，以蛋清为主饮食的动物会出现皮肤损伤和其他可怕的健康问题。这种疾病被称为“蛋白损伤”，被确定是由于缺乏维生素H，后来更名为维生素B7/生物素。即使在饲料中添加生物素，蛋清损伤也会对动物造成危害。因此，蛋白中的某种物质将生物素隔离起来，使其无法被吸收。1940年，埃斯蒙德·e·斯内尔(Esmond E. Snell)纯化了与生物素结合的蛋白质——亲和素。亲和素被恰当地命名为鸡，“禽”，它是从鸡蛋中纯化出来的。Snell后来通过喂养大鼠纯化的亲和素(Kresege等人，2004年）．亲和素是一种糖蛋白，由四个完全相同的亚基组成，每个亚基可以结合一个生物素分子。
生物素和亲和素之间有很强的亲和力。实际上，它们之间的键是自然界中最强的非共价蛋白-配体相互作用之一。一旦键形成，它不受pH值、温度或有机溶剂变化的影响。
生物素在分子生物学中的应用
生物素是一种相对较小的水溶性分子，不干扰加入生物素的大分子。生物素也有一个暴露的侧链，可以很容易地操纵，以产生活性物种，而不影响亲和素的结合位点。有了这些特性，科学家们开始利用生物素及其与亲和素的强相互作用来进行分子生物学和生物技术研究就不足为奇了。
一旦多肽被生物素化(下文将详细介绍)，它可以与亲和素或20世纪60年代发现的结构相似的蛋白链pavidin孵育或共同表达。生物素-亲和素复合物可以用于和/或操纵科学家的预期目的。生物素化在实验室中最常见的两个用途是蛋白质纯化和免疫沉淀反应实验。生物素化的蛋白质或复合物可以很容易地使用涂有亲和素的柱或珠来纯化。
生物素-亲和素相互作用也已被应用于免疫组化和抗体标记。在这些实验中，生物素被添加到针对你感兴趣的蛋白质或一抗的一抗或二抗中。然后将阿维丁绑定到记者的反应中，便于检测。在亲和素上发现的多个生物素结合位点也很适合在这些实验中进行信号放大。在检测期间，一个生物素化的报告酶与自由的亲和素预孵育，可以添加到你的样品。这个复合物上的任何游离生物素结合位点都可以与你的生物素化抗体结合。这就形成了一个与你感兴趣的蛋白质结合的生物素-亲和素复合物的大网络，导致报告信号的放大和更容易检测。这种策略被称为亲和素-生物素复合物(ABC)免疫组化(IHC)。有关ABC和IHC的更多信息，请查看赛默费雪公司的指南．
生物素和亲和素在分子生物学方面还有许多其他的应用。以下列出了一些其他常见的申请，以及相关论文和网页的链接。
生物素化你感兴趣的大分子的方法
为了利用生物素和亲和素的天然结合，首先必须对感兴趣的大分子进行生物素化。科学家们已经开发了几种方法来化学生物素化两个都感兴趣的大分子在体外和在活的有机体内．
生物素酰化试剂
生物素暴露侧链可与氨基酸官能团交联在活的有机体内通过特殊的化学试剂(生物素化试剂)。有各种各样的生物素化试剂，它们的目标官能基团或残基以及它们的溶解度不同，因此不同的试剂在不同的微环境中对生物素化有用。也有可逆和可劈开的生物素化试剂，以帮助生物素化蛋白的特定洗脱。为了帮助确定使用哪种生物素化试剂检查出来赛默费雪公司的生物素化试剂选择工具。
AviTag和BirA
蛋白质也可以利用生物素化的特异性大肠杆菌BPL BirA。如果你记得的话，比拉生物素只在整个赖氨酸中起作用大肠杆菌蛋白质组。利用这些知识，科学家们确定了识别BirA和生物素化所需的13个氨基酸序列。这13个氨基酸序列被称为AviTag。使用AviTag，人们可以通过简单地将AviTag添加到蛋白质的N或C端来创建融合，从而用生物素来标记感兴趣的蛋白质。在细菌、酵母、昆虫和哺乳动物细胞中，BirA已被证明能有效地生物素化AviTag表达蛋白。看看Kay等人，2009年用BirA对蛋白质进行生物素化的方法。
你可以找到含有这两种物质的质粒AviTag和BirA在Addgene !
寡核苷酸标签
在聚合酶链反应(PCR)中，生物素可以通过生物素化引物添加到DNA序列的任意一端。生物素也可以在聚合酶法中使用生物素标记的dUTP。有多种类型生物素标记可以添加到寡核苷酸中，这取决于你的下游应用。生物素标记的寡核苷酸可用于多种应用，包括但不限于原位杂交、印迹(南北)和亲和结合。
Photobiotinylation
光生物素可用于非选择性标记DNA和RNA。醋酸光生物素由附着在光反应芳酰肼基团上的生物素分子组成。在强烈的可见光下，芳酰肼基团发生反应并与附近的核酸(McInnes等，1990）．光生物素化有时比其他酶法更容易和更便宜。科学家通常用这种方法将蛋白质或多肽附着在固体底物上(霍尔顿和克里默，2003年）．
参考文献
1.生物素与蛋白质结合的分子生物学研究;“生物素的营养、生物化学与分子生物学”研讨会j .减轻, 129年(2009): 477 - 484。PubMedPMID: 10064313．
2.Chapman-Smith, A.， & Cronan, J. E. <蛋白质的酶促生物素化:特殊特异性的翻译后修饰>生物化学科学趋势， 24.9 (1999b): 359-363。PubMedPMID: 10470036．
3.“生物素:被遗忘的维生素。”美国临床营养学杂志75.2(2002): 179 - 180。PubMedPMID: 11815306．
4.Nicole Kresge, R. D. S.和R. L. H.《阿维丁的发现》，作者是Esmond E. Snell。J临床生物化学279.e5(2004)。PubMedPMID: 20353954．
5.Kay, B.，泰国，S.， & Volgina, V.“蛋白质的高通量生物素化”。方法杂志， 498(2009): 185-196。PubMedPMID: 18988027．公共医学中心PMCID:PMC3223083．
6.“光生物素的制备与应用”。方法酶学184(1990): 588 - 600。PubMedPMID: 2388593
7.Holden, m.a.， & Cremer, p.s.“表面上染料标记分子的光激活图案”。美国化学学会杂志125.27(2003): 8074 - 8075。PubMedPMID: 12837056．
8.潘建峰，刘乃华，舒立元，孙辉，“亲和素-生物素技术在纳米纤维基质上的应用”。《纳米生物13.1(2015): 1 - 14。PubMedPMID: 25980573．公共医学中心PMCID:PMC4461904．
9.黄强，毛志强，李绍华，胡军，朱勇，“一种用northern印迹法检测小RNA的非放射性方法”。大米7.1(2014): 1 - 7。PubMedPMID: 26224555．PubMed Central PMCID:PMC4884002．
10.Boer, E. de, Rodriguez, P.， Bonte, E.， Krijgsveld, J.， Katsantoni, E.， Heck, A.，…Strouboulis, J.“哺乳动物细胞和转基因小鼠中标记转录因子的生物素化和单步纯化”。PNAS100.13(2003): 7480 - 5。PubMedPMID: 12802011．公共医学中心PMCID:PMC164612．
11.Liou Y.-R。，Wang, Y.-H., Lee, C.-Y., & Li, P.-C. “Buoyancy-Activated Cell Sorting Using Targeted Biotinylated Albumin Microbubbles.”《公共科学图书馆•综合》10.5(2015)。PubMedPMID: 25993512．公共医学中心PMCID:PMC4439073．
12.Ludwig, L. B.， Hughes, B. J.， & Schwartz, S. A.“电泳迁移迁移分析中生物素化探针用于检查特定的dsDNA、ssDNA或rna -蛋白质相互作用。”核酸的研究， 23.18(1995): 3792-3793。PubMedPMID: 7479014．公共医学中心PMCID:PMC307283．
13.“用生物素连接酶和单价链霉亲和素在活哺乳动物细胞中成像蛋白”。自然的协议3.3(2008): 534 - 545。PubMedPMID: 18323822．公共医学中心PMCID:PMC2671200．
14.生物素化探针用于原位杂交组织化学:用于mRNA检测。组织化学和细胞化学杂志 :组织化学学会官方杂志， 41.12(1993): 1751-1754。PubMedPMID: 8245422．
Addgene博客上的其他资源188博金宝官网
额外的资源
- Idtdna教育页:生物素是如何成为分子生物学家的工具的
- ThermoFisher科学:生物素酰化
- ThermoFisher科学:生物素酰化的指导方针
- Expedeon:生物素链霉亲和素的相互作用
留下你的评论