아비딘

Avidin
아비딘 가문
Tetramer.png
2개의 바운드 바이오틴이 있는 스트렙타비딘의 테두리 구조
식별자
기호아비딘
PfamPF01382
인터프로IPR005468
프로사이트PDOC00499
Cath1슬프
SCOP21slf / SCOPe / SUPFAM
비오틴 - 아비딘은 높은 친화력과 특수성으로 동시에 최대 4개의 바이오틴 분자를 결합할 수 있다.

아비딘은 새, 파충류, 양서류의 난소에서 생산되고 그들의 알의 흰자에 축적되는 사선체 바이오틴 결합 단백질이다. 아비딘과의 조광체 구성원들은 몇몇 박테리아에서도 발견된다.[1] 닭고기 계란 흰자에서는 아비딘이 총 단백질(알당 약 1800μg)의 약 0.05%를 차지한다. 4중성 단백질은 4개의 동일한 서브유닛(호모테트라머)을 함유하고 있으며, 각각의 서브유닛은 높은 친화력과 특이성으로 바이오틴(비타민B7, 비타민H)에 결합할 수 있다. 아비딘-바이오틴 콤플렉스의 분리 상수는D K 10−15 10 M으로 측정되어 가장 잘 알려진 비동결 결합 중 하나이다.[2]

테두리 형태로 아비딘의 크기는 66–69 kDa로 추정된다.[3] 분자 중량의 10%는 탄수화물이 기여하며, 4~5개의 만노스와 3개의 N-아세틸글루코사민 잔류물로[4] 구성되어 있다.아비딘의 탄수화물은 구조와 구성이 유사한 최소 3개의 고유 올리고당 구조 유형을 포함하고 있다.[5]

기능성 아비딘은 단백질의 비오틴 친화력이 요리에 의해 파괴되기 때문에 날달걀에서만 발견된다. 난자 속의 아비딘의 자연적인 기능은 박테리아 생장에 도움이 되는 비오틴을 결합시켜 세균 성장 억제제로서 난자 속에서 만들어지는 것으로 가정되어 왔지만 알려져 있지 않다. 이에 대한 증거로, 균일한 바이오틴 친화력과 매우 유사한 결합 부위의 관련 단백질인 스트렙타비딘은 특정 종류의 스트렙토미세스 박테리아에 의해 만들어지며, 항생제의 방식으로 경쟁하는 박테리아의 성장을 억제하는 역할을 한다고 생각된다.[6]

비글리코사이드 형태의 아비딘은 상업적으로 준비된 제품에서 격리되었지만, 글라이코사이드화되지 않은 형태가 자연적으로 발생하는지 제조 공정의 제품인지에 대해서는 확정적이지 않다.[7]

디스커버리

달걀 흰자에 둘러싸인 날달걀 노른자. 아비딘은 에스몬드 에머슨 스넬에 의해 생닭 흰자위로부터 처음 격리되었다.

아비딘은 에스몬드 에머슨 스넬(1914–2003)에 의해 발견되었다. 이 발견은 날달걀흰자를 먹는 병아리들이 그들의 식단에 비타민이 있음에도 불구하고 비오틴이 부족했다는 관찰에서 시작되었다.[8] 스넬이 효모 측정법을 사용하여 체외에서 확인한 비오틴을[8] 계란 흰자의 성분이 분리하고 있다는 결론이 내려졌다.[9] 스넬은 이후 비오틴 결합을 담당하는 달걀흰자의 성분을 분리했고, 폴 뇨르지와 함께 격리된 달걀 단백질이 비오틴 결핍이나 '알갱이 흰자상'의 원인임을 확인했다.[10] 당시 이 단백질은 텍사스 대학의 연구원들에 의해 잠정적으로 아비달부민(문학적으로 배고픈 알부민)으로 명명되었다.[10] 이후 단백질의 명칭은 비오틴(avid + biotin)에 대한 친화력을 바탕으로 '아비딘'으로 수정되었다.[11]

적용들

아비딘
식별자
유기체치킨
기호AVD
유니프로트P02701
달리 명시되지 않는 한, 생물의학 시약 "아비딘"은 닭아비딘이다.

1970년대의 연구는 생물학의 강력한 도구로서 아비딘-바이오틴 시스템을 확립하는 데 도움을 주었다. 아비딘-바이오틴 복합체의 강도와 특수성을 인지한 연구자들은 닭 아비딘과 스트렙타비딘을 수많은 연구 프로젝트에서 탐침과 친화 매트릭스로 활용하기 시작했다.[12][13][14][15] 곧이어 연구원 Bayer와 Wilcheck는 바이오티닐 항체와 기타 생체 분자에 대한 새로운 방법과 시약을 개발하여 아비딘-바이오틴 시스템을 다양한 생물공학 용도에 적용할 수 있게 했다.[16][17] 오늘날, 아비딘은 연구와 진단에서부터 의료기기, 의약품에 이르는 다양한 응용 분야에서 사용된다.

아비딘의 바이오틴 친화력은 웨스턴 블락, ELISA, ELISPOT, 풀다운 측정 등 광범위한 생화학적 분석에서 활용된다. 일부 경우에 비오티닐 항체를 사용하면 방사성 물질이 아닌 검사 시스템을 제공하기 위해 방사성 물질로 표시된 항체를 방사성 물질로 대체할 수 있다.[citation needed]

고체 지지대에 고정된 아비딘은 바이오틴 라벨 단백질이나 핵산 분자를 포획하기 위한 정화 매체로도 사용된다. 예를 들어 세포 표면 단백질은 특히 막 불침투성 바이오틴 시약으로 라벨을 붙인 다음, 아비딘 기반 지지대를 사용하여 구체적으로 포획할 수 있다.[citation needed]

수정된 양식

기본적으로 충전된 당단백질로서, 아비딘은 일부 용도에서 비특이 결합을 나타낸다. 아르기닌을 변형한 디글리코사이드 아비딘인 뉴트랄라비딘은 보다 중성적인 이소전기 포인트(pI)를 보이며, 비특정 결합 문제가 발생할 때마다 네이티브 아비딘의 대안으로 이용할 수 있다. 디글리코실라이드 치킨아비딘은 시그마알드리치(엑스트라비딘), 써모사이언티픽(NeutrAvidin), 인비트로겐(NeutrAvidin), e-Protein(NeutrAvidin)을 통해 중립적인 형태의 치킨아비딘을 이용할 수 있다.

아비딘-바이오틴 결합의 강도를 감안할 때 아비딘-바이오틴 복합체의 분리는 단백질 변성을 일으키는 극단적인 조건을 필요로 한다. 아비딘-바이오틴 콤플렉스의 되돌릴 수 없는 특성은 포획된 리간드의 출시가 바람직한 친화력 크로마토그래피 애플리케이션에서 아비딘의 적용을 제한할 수 있다. 연구자들은 결합 사이트 티로신의 질화나 요오드화를 통해 가역성 결합 특성을 가진 아비딘을 만들어냈다.[18] 수정된 아비딘은 pH 4에서 강한 바이오틴 결합 특성을 보이며, 10 이상의 pH에서 바이오틴을 방출한다.[18] 비오틴에 대한 친화력이 감소된 단일 형태의 아비딘도 많은 상업적으로 이용 가능한 친화력 레진에서 사용된다. 모노메릭 아비딘은 요소나 구아니딘 HCl(6–8 M)으로 고정된 네이티브 아비딘을 처리하여 생성되며, 분해 KD ≈ 10M을−7 낮춘다.[19] 이를 통해 아비딘 매트릭스의 용출은 낮은 농도의 바이오틴 또는 낮은 pH 조건을 사용하여 온화하고 부정적이지 않은 조건에서 발생할 수 있다. 교차 링크가 없는 단일 고친화도 바이오틴 결합 사이트의 경우, 아비딘의 먼 친척인 스트렙타비딘의 모노밸런트 버전을 사용할 수 있다.[20]

바이오틴 바인딩 차단

아비딘의 열안정성과 비오틴 결합활동은 아비딘의 안정성이 유달리 높고 아비딘은 인간식품에 대한 항불감증인 만큼 연구자들에게는 실용적, 이론적으로 모두 흥미가 있다.[21] 생화학 및 생물물리학 연구 통신에 발표된 1966년 연구는 아비딘의 구조가 70 °C(158 °F) 미만의 온도에서 안정 상태를 유지한다는 것을 발견했다. 70 °C(158 °F) 이상에서는 아비딘의 구조가 급격히 붕괴되고 85 °C(185 °F)에 의해 구조물의 광범위한 손실과 비오틴 결합 능력 상실이 발견된다.[22] 1991년 식품 과학 저널의 분석 결과 요리된 계란 흰자에서 상당한 아비딘 활동이 감지되었다. "튀겨지고, 밀렵되고, 삶아진(2분) 계란 흰자는 생 계란 흰자리에서 33, 71, 40%의 활동이었다." 분석 결과 요리 시간은 계란 흰자 안에 있는 모든 차가운 부분 부위를 적절하게 가열하기에 충분하지 않다고 추측했다. 4분 이상 끓여야 하는 아비딘의 바이오틴 바인딩 용량을 완전히 비활성화하십시오.[23]

1992년 연구에서는 아비딘의 바이오틴 결합 활성의 열적 비활성화가 D121 °C = 25 min, z = 33 °C로 설명되었다는 것을 발견했다. 이 연구는 "아비딘 결합 부위가 열 변성 시 파괴된다"[21]는 이전의 가정과 동의하지 않았다.

아비딘의 바이오틴 결합 성질은 정맥혈전 치료에 사용되는 장기간 작용하는 저분자량 헤파린인 idrabiotaparinux의 개발 중에 이용되었다. idraparinux의 오랜 작용 특성 때문에 출혈 합병증의 임상 관리에 대한 우려가 있었다. idraparinux 분자에 바이오틴 매이티를 첨가함으로써 idrabiotaparinux가 형성되었다; 출혈의 상황에서 그것의 항응고제 활성을 아비딘 정맥 주입을 통해 되돌릴 수 있다.[24]

참고 항목

참조

  1. ^ Helppolainen SH, Nurminen KP, Määttä JA, Halling KK, Slotte JP, Huhtala T, et al. (August 2007). "Rhizavidin from Rhizobium etli: the first natural dimer in the avidin protein family". The Biochemical Journal. 405 (3): 397–405. doi:10.1042/BJ20070076. PMC 2267316. PMID 17447892.
  2. ^ Green NM (December 1963). "Avidin. 1. The Use of (14-C)Biotin for Kinetic Studies and for Assay". The Biochemical Journal. 89 (3): 585–91. doi:10.1042/bj0890585. PMC 1202466. PMID 14101979.
  3. ^ Korpela J (1984). "Avidin, a high affinity biotin-binding protein, as a tool and subject of biological research". Medical Biology. 62 (1): 5–26. PMID 6379329.
  4. ^ Green NM (1975). Anfinsen CB, Edsall JT, Richards FM (eds.). "Avidin". Advances in Protein Chemistry. 29: 85–133. doi:10.1016/S0065-3233(08)60411-8. ISBN 978-0-12-034229-7. PMID 237414.
  5. ^ Bruch RC, White HB (October 1982). "Compositional and structural heterogeneity of avidin glycopeptides". Biochemistry. 21 (21): 5334–41. doi:10.1021/bi00264a033. PMID 6816268.
  6. ^ Hendrickson WA, Pähler A, Smith JL, Satow Y, Merritt EA, Phizackerley RP (April 1989). "Crystal structure of core streptavidin determined from multiwavelength anomalous diffraction of synchrotron radiation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 86 (7): 2190–4. Bibcode:1989PNAS...86.2190H. doi:10.1073/pnas.86.7.2190. JSTOR 33443. PMC 286877. PMID 2928324.
  7. ^ Hiller Y, Gershoni JM, Bayer EA, Wilchek M (November 1987). "Biotin binding to avidin. Oligosaccharide side chain not required for ligand association". The Biochemical Journal. 248 (1): 167–71. doi:10.1042/bj2480167. PMC 1148514. PMID 3435435.
  8. ^ a b Eakin RE, McKinley WA, Williams RJ (September 1940). "Egg-White Injury in Chicks and ITS Relationship to a Deficiency of Vitamin H (Biotin)". Science. 92 (2384): 224–5. Bibcode:1940Sci....92..224E. doi:10.1126/science.92.2384.224. PMID 17743857.
  9. ^ Snell EE, Eakin RE, Williams RJ (1940). "A Quantitative Test for Biotin and Observations Regarding its Occurrence and Properties". Journal of the American Chemical Society. 62: 175–8. doi:10.1021/ja01858a052.
  10. ^ a b György P, Rose CS, Eakin RE, Snell EE, Williams RJ (May 1941). "Egg-White Injury as the Result of Nonabsorption or Inactivation of Biotin". Science. 93 (2420): 477–8. Bibcode:1941Sci....93..477G. doi:10.1126/science.93.2420.477. PMID 17757050.
  11. ^ Kresge N, Simoni RD, Hill RL (2004). "The Discovery of Avidin by Esmond E. Snell". The Journal of Biological Chemistry. 279 (41): e5–e6. doi:10.1016/S0021-9258(20)77095-X.
  12. ^ Hofmann K, Kiso Y (October 1976). "An approach to the targeted attachment of peptides and proteins to solid supports". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (10): 3516–8. Bibcode:1976PNAS...73.3516H. doi:10.1073/pnas.73.10.3516. JSTOR 66631. PMC 431147. PMID 185617.
  13. ^ Bayer EA, Skutelsky E, Wynne D, Wilchek M (August 1976). "Preparation of ferritin-avidin conjugates by reductive alkylation for use in electron microscopic cytochemistry". The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 24 (8): 933–9. doi:10.1177/24.8.182877. PMID 182877.
  14. ^ Angerer L, Davidson N, Murphy W, Lynch D, Attardi G (September 1976). "An electron microscope study of the relative positions of the 4S and ribosomal RNA genes in HeLa cells mitochondrial DNA". Cell. 9 (1): 81–90. doi:10.1016/0092-8674(76)90054-4. PMID 975242. S2CID 54340885.
  15. ^ Heggeness MH, Ash JF (June 1977). "Use of the avidin-biotin complex for the localization of actin and myosin with fluorescence microscopy". The Journal of Cell Biology. 73 (3): 783–8. doi:10.1083/jcb.73.3.783. PMC 2111432. PMID 326797.
  16. ^ Bayer EA, Zalis MG, Wilchek M (September 1985). "3-(N-Maleimido-propionyl)biocytin: a versatile thiol-specific biotinylating reagent". Analytical Biochemistry. 149 (2): 529–36. doi:10.1016/0003-2697(85)90609-8. PMID 3935007.
  17. ^ Wilchek M, Ben-Hur H, Bayer EA (July 1986). "p-Diazobenzoyl biocytin--a new biotinylating reagent for the labeling of tyrosines and histidines in proteins". Biochemical and Biophysical Research Communications. 138 (2): 872–9. doi:10.1016/S0006-291X(86)80577-0. PMID 3741438.
  18. ^ a b Morag E, Bayer EA, Wilchek M (May 1996). "Reversibility of biotin-binding by selective modification of tyrosine in avidin". The Biochemical Journal. 316 (1): 193–9. doi:10.1042/bj3160193. PMC 1217322. PMID 8645205.
  19. ^ Kohanski RA, Lane MD (1990). "Monovalent avidin affinity columns". Methods in Enzymology. 184: 194–200. doi:10.1016/0076-6879(90)84274-K. ISBN 978-0-12-182085-5. PMID 2388570.
  20. ^ Howarth M, Chinnapen DJ, Gerrow K, Dorrestein PC, Grandy MR, Kelleher NL, et al. (April 2006). "A monovalent streptavidin with a single femtomolar biotin binding site". Nature Methods. 3 (4): 267–73. doi:10.1038/nmeth861. PMC 2576293. PMID 16554831.
  21. ^ a b Durance TD, Wong NS (1992). "Kinetics of thermal inactivation of avidin". Food Research International. 25 (2): 89–92. doi:10.1016/0963-9969(92)90148-X.
  22. ^ Pritchard AB, McCormick DB, Wright LD (1966). "Optical rotatory dispersion studies of the heat denaturation of avidin and the avidin-biotin complex". Biochemical and Biophysical Research Communications. 25 (5): 524–8. doi:10.1016/0006-291X(66)90623-1.
  23. ^ Durance TD (1991). "Residual Avid in Activity in Cooked Egg White Assayed with Improved Sensitivity". Journal of Food Science. 56 (3): 707–9. doi:10.1111/j.1365-2621.1991.tb05361.x.
  24. ^ Büller HR, Gallus AS, Pillion G, Prins MH, Raskob GE (January 2012). "Enoxaparin followed by once-weekly idrabiotaparinux versus enoxaparin plus warfarin for patients with acute symptomatic pulmonary embolism: a randomised, double-blind, double-dummy, non-inferiority trial". Lancet. 379 (9811): 123–9. doi:10.1016/S0140-6736(11)61505-5. PMID 22130488. S2CID 205964156.

외부 링크