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1. 什么是生物素?
物素分子量為244.31,分子中有兩個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu),其中I環(huán)為咪唑酮環(huán),是與親合素結(jié)合的主要部位;II環(huán)為噻唑環(huán),上有一戊酸側(cè)鏈,其末端羧基是結(jié)合抗體和其他生物大分子的結(jié)構(gòu)。利用生物素的羧基加以化學(xué)修飾可制成各種活性基團(tuán)的衍生物,稱為活化生物素,同時(shí)可根據(jù)特殊的用途對(duì)這些試劑的化學(xué)性質(zhì)(溶解性、臂長(zhǎng)、可剪切與否)進(jìn)行優(yōu)化,以適合與各種生物大分子結(jié)合的需要。
生物素
生物素化是指將化學(xué)物質(zhì)或分子與生物素(biotin)結(jié)合在一起的過(guò)程。生物素是一種水溶性的維生素,也被稱為維生素B7或維生素H,它在許多生物體的生物化學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。生物素可以通過(guò)化學(xué)合成或從天然來(lái)源(如食物中)獲得。生物素化通常在生物實(shí)驗(yàn)室中用于標(biāo)記和檢測(cè)特定的分子或蛋白質(zhì),其中生物素與待檢測(cè)的分子或蛋白質(zhì)結(jié)合,然后可以通過(guò)生物素與其他分子之間的特異性相互作用來(lái)檢測(cè)或純化目標(biāo)分子。
3. 什么是生物素-鏈霉親和素(SA-Biotin)系統(tǒng)?
Streptavidin是一種具有四個(gè)相同結(jié)合位點(diǎn)的蛋白質(zhì),它能夠與生物素結(jié)合形成非常緊密的復(fù)合物,也是已知的非共價(jià)相互作用之一(解離常數(shù) (Kd) 約為 10x-15 mol/L)。生物素和Streptavidin之間的鍵形成非常迅速,一旦形成,它不受pH值、溫度、有機(jī)溶劑和其他變質(zhì)劑的影響。生物素與Streptavidin之間的結(jié)合非常特異,因?yàn)樗鼈冎g存在著高度親和力。這種親和力使得生物素-Streptavidin復(fù)合物成為一種非常有用的工具,用于檢測(cè)、分離和純化許多生物分子,例如蛋白質(zhì)、DNA或RNA。生物素與Streptavidin互作通常被用于許多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的標(biāo)記和純化技術(shù),這種相互作用也被廣泛用于結(jié)合生物分子(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸)、合成分子(如熒光標(biāo)記)、生物芯片技術(shù)、免疫組化、Western blot分析和其他分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中。
生物素-鏈霉親和素系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠提高檢測(cè)靈敏度。這在很大程度上是由于鏈霉親和素的四聚體構(gòu)象。一種鏈霉親和素蛋白能夠以高親和力和選擇性結(jié)合四種生物素分子。這種多樣性能夠放大弱信號(hào),并通過(guò)簡(jiǎn)單的工作流程提高哺乳動(dòng)物細(xì)胞或組織中中低豐度目標(biāo)的檢測(cè)靈敏度。另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是生物素-鏈霉親和素系統(tǒng)的多功能性。因?yàn)殒溍褂H和素可以與多種報(bào)告標(biāo)簽結(jié)合,所以它可以很容易地結(jié)合到幾乎所有的免疫測(cè)定中。例如,鏈霉親和素的酶偶聯(lián)物廣泛用于酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn) (ELISA),而熒光標(biāo)記的鏈霉親和素,如iFluor 488鏈霉親和素,則廣泛用于細(xì)胞表面標(biāo)記、熒光細(xì)胞分選 (FACS) 和其他熒光檢測(cè)成像應(yīng)用。
鏈霉親和素-生物素標(biāo)記抗體相互作用的圖示
酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn) (ELISA)
免疫組織化學(xué) (IHC)
Power Styramide 信號(hào)放大,是酪胺的替代品
免疫印跡
免疫熒光顯微鏡
細(xì)胞表面標(biāo)記
親和純化
熒光細(xì)胞分選 (FACS)
流式細(xì)胞術(shù)
5. 生物素標(biāo)記的大致流程:
生物素修飾的三磷酸核苷類似物,如 dUTP 和 dCTP,可以通過(guò)酶促整合到 DNA 或 RNA 片段中,用于熒光原位雜交 (FISH)、DNA 陣列、微陣列和其他雜交技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)酶促非放射性DNA標(biāo)記反應(yīng),包括3'末端標(biāo)記、cDNA 標(biāo)記、切口平移、PCR和隨機(jī)引物標(biāo)記。每個(gè)生物素化核苷酸在生物素與其在核苷酸上的連接點(diǎn)之間包含一個(gè) 11、14、16 或 20 個(gè)原子的間隔區(qū)。例如常見(jiàn)的Biotin-dATP或Biotin-dCTP被用于HiC實(shí)驗(yàn)添加到酶切口處;生物素標(biāo)記的linker(21bp dsDNA)可用于ChIAPET實(shí)驗(yàn)中連接兩個(gè)染色質(zhì)DNA片段;在RNA pull down實(shí)驗(yàn)中用生物素標(biāo)記RNA(SP6或T7體外轉(zhuǎn)錄過(guò)程中,以Biotin-16-UTP部分取代UTP,從而轉(zhuǎn)錄生成生物素標(biāo)記的RNA探針或mRNA。由于使用的RNA Polymerase對(duì)天然核苷酸(NTP)和生物素標(biāo)記核苷酸(Biotin-NTP)沒(méi)有選擇傾向性,因此每個(gè)RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物生物素標(biāo)記的程度可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄反應(yīng)中NTP與Biotin-NTP的比例來(lái)控制。一些試劑盒將Biotin-16-UTP的比例控制在約35%,使反應(yīng)和標(biāo)記效率之間達(dá)到較好的平衡。得到的生物素標(biāo)記的RNA探針或mRNA可使用熒光基團(tuán)、酶或抗體偶聯(lián)的鏈霉親和素(Streptavidin)進(jìn)行檢測(cè),應(yīng)用與RNA pulldown或其他富集實(shí)驗(yàn)。)逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)中使用生物素修飾的引物合成帶有生物素標(biāo)記的cDNA;此外,RNA-seq文庫(kù)構(gòu)建中,生物素標(biāo)記的Oligo(dT)與mRNA3''端的poly A退火形成雜交體,然后用帶有鏈霉親和素的順磁磁珠洗滌并捕獲雜交體,形成雜交體-磁珠復(fù)合體,最后用磁架將此復(fù)合體捕獲;
生物素-SP分子。分子量454.54 Da。左22.4 ?。
圖2. 標(biāo)記鏈酶親和素生物素法(LSAB)。A. 一抗體檢測(cè)靶抗原。B. 生物素化二抗可識(shí)別一抗。C. HRP偶連鏈酶親和素與生物素化的二抗體結(jié)合,與HRP偶聯(lián)的二抗相比,能夠顯著增強(qiáng)信號(hào)。
8. 如何從鏈霉親和素磁珠上解離生物素化分子?
鏈霉親和素-生物素相互作用是已知的蛋白與其他分子間非共價(jià)的生物相互作用。生物素與鏈霉親和素間的鍵形成非常迅速,一旦形成,就不會(huì)受到pH、溫度、有機(jī)溶劑和其他變性劑等多種因素的影響。從鏈霉親和素上分離生物素時(shí),如果實(shí)驗(yàn)中使用的是生物素的衍生物或經(jīng)修飾的鏈霉親和素,那么需要特定形式和通常溫和的方法解離,除此之外通常情況下都需要非常劇烈的方法解離,并且會(huì)使鏈霉親和素變性。下面探討了其中兩種方法。
生物素化核酸:為了從Dynabeads鏈霉親和素磁珠上分離生物素化核酸,在pH 8.2的95%甲酰胺+10 mM EDTA中孵育磁珠,65°C孵育5分鐘或90°C孵育2分鐘。使用磁力架將磁珠吸到試管壁上,將含有生物素化核酸的上清液從試管中取出。有研究提到,在高溫(120C,15分鐘)下,才能在鹽溶液中解離。另外,在6 mol/L鹽酸胍溶液(pH 1.5)中也可解離;有研究指出,生物素標(biāo)記的核酸探針不能用酚抽提,否則生物素核酸會(huì)進(jìn)入酚層而損失;Holmberg等(Electrophoresis 26, 501-510, 2005)報(bào)道稱,在用離子水短時(shí)間孵育后,可將生物素化DNA從鏈霉親合素磁珠上釋放(未進(jìn)行測(cè)試)。
生物素化蛋白質(zhì):對(duì)于生物素化蛋白質(zhì),則可在0.1% SDS或SDS-PAGE緩沖液中煮沸磁珠3分鐘。
9. 鏈霉親和素磁珠結(jié)合片段的長(zhǎng)度和結(jié)合能力為多少?
由于具有空間位阻,因此結(jié)合能力取決于片段大小。例如,500 bp片段在Dynabeads M-280鏈霉親和素磁珠上的結(jié)合量是1,000 bp片段的2倍。長(zhǎng)DNA片段會(huì)占據(jù)磁珠周圍更多空間,使其更難“找到"磁珠上的鏈霉親和素。較短的片段更易接近鏈霉親和素。對(duì)于大于2kb的DNA片段,推薦使用Dynabeads kilobaseBINDER™試劑盒。該試劑盒包括Dynabeads M-280鏈霉親和素磁珠和一種可增強(qiáng)長(zhǎng)生物素化DNA片段(大于2kb)固定的結(jié)合液。對(duì)于大于1-2kb的DNA片段,推薦使用Dynabeads kilobaseBINDER™試劑盒,因?yàn)榻Y(jié)合液可增強(qiáng)結(jié)合能力。該結(jié)合液可使DNA線性化,進(jìn)而伸展且堿基堆疊成剛性結(jié)構(gòu)(不適用于質(zhì)粒或環(huán)狀核酸等較短的片段)。
鹽濃度可影響生物素化核酸與Dynabeads鏈霉親和素磁珠的結(jié)合效率。對(duì)于1kb以內(nèi)的生物素化DNA片段,最佳結(jié)合條件為1M NaCl(終濃度),25℃孵育15分鐘;較長(zhǎng)的DNA片段應(yīng)固定過(guò)夜。生物素化抗體應(yīng)在含0.1% BSA,pH 7.4的PBS緩沖液中固定。由于游離生物素與Dynabeads鏈霉親和素磁珠結(jié)合的速度比大分子更快,因此應(yīng)確保樣本不含過(guò)量的游離生物素。應(yīng)使用HPLC或FPLC回收生物素化寡核苷酸,以避免樣本中游離生物素的存在。由于待固定的特定分子的大小和生物素化過(guò)程都將影響磁珠的結(jié)合能力,因此,可采用滴定法優(yōu)化每個(gè)單獨(dú)應(yīng)用中的磁珠使用量。
10. Dynabeads鏈酶親和素磁珠是無(wú)RNase的嗎?
Dynabeads鏈霉親和素磁珠不是以無(wú)RNase溶液的形式提供的。處理RNA時(shí),應(yīng)使用DEPC處理的0.1M NaOH/0.05 M NaCl溶液清洗磁珠2次,每次1-3分鐘。DEPC毒性很強(qiáng)。但能去除RNase。清洗后,可使用DEPC處理的0.1 MNaCl溶液重懸磁珠。"DEPC處理"是指:加入0.1% DEPC,混合,室溫下解育1小時(shí)。隨后,將DEPC處理的溶液進(jìn)行高壓滅菌,以破壞DEPC。
11. 如何去除雙鏈DNA中的非生物素化鏈?
可通過(guò)堿處理或高溫處理分離DNA雙鏈。采取堿處理時(shí),可使用0.1 M NaOH洗脫非生物素化鏈。通常情況下,該處理方法不會(huì)對(duì)磁珠產(chǎn)生任何影響。在NaOH處理前,在2X結(jié)合和洗滌緩沖液(10 mM Tris-HCl,pH 7.5,1 mM EDTA,2 M NaCl)中清洗Dynabeads/DNA復(fù)合物1次,除去上清液。高鹽濃度將有助于減少電荷,從而使非特異性結(jié)合最小化。向Dynabeads/DNA復(fù)合物中加入新鮮配制(很重要)的0.1 M NaOH溶液,室溫下旋轉(zhuǎn)孵育2-3分鐘(最多5分鐘)。除去含有非生物素化鏈的上清液。再用0.1 M NaOH溶液清洗Dynabeads/DNA復(fù)合物1次,除去上清液。第一次洗脫時(shí),即可洗脫下大部分DNA。除了堿處理,也可進(jìn)行加熱處理,在水中95°C加熱5分鐘即可。為防止再退火,堿處理或高溫處理后必須快速?gòu)拇胖樯戏蛛xDNA,最好在冰上操作。加熱會(huì)在一定程度(在水中約為7%)上引起生物素化DNA從鏈霉親和素上解離。因此,通常更推薦采用堿處理法。
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