生物素-親和素組合

經常做免疫檢測實驗的實驗人員會好奇，生物素與親和素系統總在各種檢測中出現，它們幾乎霸占了各種“信號放大”的不同場合，在Elisa實驗中絕對是主角般的存在。

Part.01

趣味發現

這么強大的工具要從雞蛋清說起，也是我們日常生活中而來。20世紀初，科學家用大量生蛋清作為飼料喂養實驗動物（如大鼠或小雞）時，動物會出現生長遲緩、皮膚炎癥、脫毛甚至死亡等中毒癥狀。

煮熟之后，又發現這種“毒性”不復存在了，聰明的你肯定要下結論，所以生雞蛋不能吃吧，但是，科學家們懷疑雞蛋內存在某種毒素（后來證明是生物素），本著探索而嚴謹的求知欲，硬是先后分離并命名了生物素（Biotin，又稱微生物B7）和親和素(Avidin)，從此其作用機制迅速被清新闡明。

最重要的是，科學家后來發現一個親和素分子能結合四個生物素分子，這種強度在自然界中極為罕見，立刻引起了生物化學家的極大興趣，從此其巧妙的應用如同開掛，在學術界瘋狂傳開。

（親和素與生物素結合）

Part.02

結合機制

該系統內在業界廣為人知，離不開后續鏈霉親和素發現以及抗體、蛋白標記技術的發展，所謂天時地利人和。

親和素與鏈霉親和素區別

親和素是一種堿性糖蛋白，其高pI使得它在中性pH環境下帶大量正電荷，容易與細胞膜、核酸等帶負電的組分發生靜電吸附，導致較高的非特異性背景。其糖基（約占質量的10%）還可能和某些組織樣本中的凝集素結合，進一步增加背景。

鏈霉親和素是非糖基化蛋白，其等電點接近中性，因此靜電相互作用引起的非特異性結合非常低，這在免疫組化等應用中至關重要。

（鏈霉親和素空間結構）

親和素與生物素之間的結合力之所以如此強大，并非源于單一因素，而是多種分子作用力協同配合的結果。

首先，他們之間的結合本質上是一種靜電引力。鏈霉親和素的每一個生物素結合口袋都是一個深長的隧道狀結構，生物素分子恰好可以完全嵌入到這個口袋中，該環會像“蓋子”一樣關閉，將生物素包裹在內部。這一構象變化物理上阻礙了生物素的解離，使得結合幾乎不可逆。

其次，結合口袋內有多個氨基酸殘基（如 Asn23、Ser27、Tyr43 等）與生物素的咪唑酮環上的羰基和氮原子形成廣泛的氫鍵網絡，這是穩定結合的核心。

總之，在各種力的加持之下，它們之間解離變得異常困難，因此成了生物界中結合最強的存在。

Part.03

主要應用

由于生物素-親和素之間的結合關系，它最常被用于信號放大，提高檢測的靈敏度。與此同時，鏈霉親和素可以與各種基團以及信號分子結合，這個設計使得其在免疫反應中如魚得水。

在Elisa實驗中，它用于檢測抗原或抗體，過程中使用生物素化的二抗和酶標記的鏈霉親和素，可以比傳統ELISA靈敏度提高數倍至數十倍。

若到分子生物學內，它搖身一變，將生物素標記的核苷酸摻入DNA探針中，通過酶標記的鏈霉親和素進行檢測，用于Southern blot、Northern blot、原位雜交和基因芯片。

細胞學研究也很常見，用生物素化抗體和熒光染料標記的鏈霉親和素，可以高效地進行多色分析，尤其適用于檢測低豐度的細胞表面標志物；組織或細胞切片中抗原的定位和檢測，信號強、背景清晰；

即使在細胞分選，也不乏其身影：與磁激活細胞分選技術結合，通過生物素化抗體和鏈霉親和素磁珠，從混合細胞群中特異性分離目標細胞。