Кіріспе

Streptavidin, /s/t/r/ɛ/p/'/t/æ/v/ɪ/d/ɪ/n/ – Streptomyces avidinii бактериясынан тазартылған 52 кДа ақуыз (тетрамер). Стрептавидин гомотетрамерлері биотинге (сонымен қатар В7 витамині немесе H витамині деп те аталады) өте жоғары бейімділікке ие. Диссоциация тұрақтысы (Kd) ≈10−14 моль/л шамасында болғандықтан, биотиннің стрептавидинмен байланысуы табиғатта белгілі ең күшті ковалентті емес өзара әрекеттесулердің бірі болып табылады. Стрептавидин молекулалық биология және бионанотехнология салаларында кеңінен қолданылады, себебі стрептавидин-биотин кешені органикалық еріткіштерге, денатурациялаушы заттарға (мысалы, гуанидиний хлориді), жуғыш заттарға (мысалы, SDS, Triton X 100), протеолиттік ферменттерге, сондай-ақ температура мен pH-тың шектен тыс деңгейлеріне төзімді.

Құрылымы

1989 жылы екі топ биотинге байланысқан стрептавидиннің кристалдық құрылымын жариялады. Құрылым Хендрикссон және әріптестері бірнеше толқын ұзындығындағы аномальды дифракция әдісімен Колумбия университетінде, ал Вебер және әріптестері бірнеше изоморфты алмастыру әдісімен E. I. DuPont компаниясының Орталық ғылыми-зерттеу және даму бөлімінде анықталды. 2017 жылдың қыркүйегіне дейін Ақуыз дерекқорында 171 құрылым тіркелген. Толық тізімді осы сілтемеден қараңыз. 159 қалдықтан тұратын толық ұзындығы бар стрептавидиннің N және C ұштары қысқартылған ‘негізгі’ стрептавидин алу үшін өңделеді, әдетте ол 13–139 қалдықтардан тұрады; биотинмен байланысудың ең жоғары туыстығы үшін N және C ұштарын жою қажет. Стрептавидин мономерінің екіншілік құрылымы сегіз параллель емес β-жіпшеден тұрады, олар бүктеліп параллель емес β-цилиндр үшіншілік құрылымын құрайды. Биотин байланысу орны әрбір β-цилиндрдің бір жағында орналасқан. Төрт бірдей стрептавидин мономері (яғни төрт бірдей β-цилиндр) стрептавидиннің тетрамерлік төртіншілік құрылымын құру үшін бірігеді. Әрбір цилиндрдегі биотин байланысу орны цилиндрдің ішкі бөлігінен алынған қалдықтардан және көршілес кішібөлімнен алынған сақталған Trp120-дан тұрады. Осылайша, әрбір кішібөлім көршілес кішібөлімдегі байланысу орнына үлес қосады, сондықтан тетрамерді функционалдық димерлердің димері деп қарастыруға болады.

Жоғары аффинитеттің пайда болуы

Стрептавидин-биотин кешенінің көптеген кристалдық құрылымдары осы керемет байланыстың пайда болу себептерін аңғартты. Біріншіден, байланыс қалтасы мен биотин арасында жоғары формалық сәйкестік бар. Екіншіден, биотин байланыс орнында сутекті байланыстардың кең желісі қалыптасады. Байланыс орнында (сутекті байланыстың «бірінші қабығы» деп аталады) Asn23, Tyr43, Ser27, Ser45, Asn49, Ser88, Thr90 және Asp128 қалдықтарына тікелей сегіз сутекті байланыс жасалады. Сонымен қатар, бірінші қабық қалдықтарымен өзара әрекеттесетін қалдықтарды қамтитын сутекті байланыстардың «екінші қабығы» да бар. Дегенмен, стрептавидин-биотин байланысы тек сутекті байланыстардың өзара әрекеттесуінен күтілетін деңгейден жоғары, бұл жоғары байланысқа әсер ететін тағы бір механизмнің бар екенін көрсетеді. Биотин байланыс қалтасы гидрофобты болып келеді, ал қалтада биотинмен көптеген ван дер Ваальс күшімен байланысқан және гидрофобты өзара әрекеттесулер бар, бұл да жоғары байланыстың себебі деп есептеледі. Атап айтқанда, қалта консерватталған триптофан қалдықтарымен қапталған. Сонымен қатар, биотин байланысы 3 және 4-бета тізбектерін (L3/4) жалғайтын икемді циклдың тұрақтандырылуымен бірге жүреді, ол байланысқан биотинге жабылып, байланыс қалтасының «қақпағы» рөлін атқарады және биотиннің өте баяу диссоциациялануына ықпал етеді. Стрептавидинді мутациялаудың көптеген әрекеттері биотинмен байланысудың төмендеуіне әкеледі, бұл мұндай жоғары оңтайланған жүйеде күтілуге тиіс. Алайда, жақында жасалған стрептавидин мутанты, траптавидин деп аталатын, биотиннің диссоциациялануын он еседен астам баяулатып, сонымен қатар жоғары жылулық және механикалық тұрақтылыққа ие екені анықталды. Бұл диссоциация деңгейінің төмендеуі байланыс деңгейінің екі есеге төмендеуімен сүйемелдеді. Биотинмен байланысу аффинитеті стрептавидиннің химиялық таңбалануымен, мысалы, аминге реакциялық флуорофорлармен нашарлауы мүмкін; флавидин – лизин жақ тізбектері жоқ стрептавидин мутанты, ол мұндай флуоресцентті бояумен таңбалаудан кейін биотинмен байланысудың жақсы сипаттамаларын сақтайды, онда бояу амин тобына қосылады.

Авидинмен салыстыру

Стрептавидин – биотинмен жоғары аффиндтікпен байланыса алатын жалғыз ақуыз емес. Авидин – биотинге байланысатын тағы бір маңызды ақуыз. Алғаш рет жұмыртқа сарысынан бөліп алынған авидиннің стрептавидинмен 30% ғана реттік сәйкестігі бар, бірақ екінші, үшінші және төртінші құрылымдары дерлік бірдей. Авидин биотинге (Kd ~ 10−15M) жоғары аффинитетке ие, бірақ стрептавидиннен өзгеше, авидин гликозильденген, оң зарядталған, псевдокаталитикалық активтілікке ие (авидин биотин мен нитрофенил тобы арасындағы эфир байланысының сілтілік гидролизін күшейте алады) және агрегацияға бейім. Екінші жағынан, стрептавидин биотин конъюгатымен жақсы байланысады; биотин басқа молекуламен конъюгацияланғанда, авидиннің бос, конъюгацияланбаған биотинге жоғары аффинитетіне қарамастан, стрептавидинге қарағанда байланысу аффинитеті төмен. Стрептавидинде ешқандай көмірсу модификациясы болмағандықтан және pH көрсеткіші бейтарапқа жақын болғандықтан, ол авидинге қарағанда әлдеқайда төмен спецификалық емес байланысқа ие. Дегликозильденген авидин (NeutrAvidin) – стрептавидиннің мөлшері, pH көрсеткіші және спецификалық емес байланысы жағынан салыстыруға жақын.