Streptavidiin

Streptavidiin on 52,8 kDa suurune valk, mida toodab bakter Streptomyces avidinii. Streptavidiini homotetrameerid seonduvad väga tugevasti biotiiniga (tuntud ka kui B₇-vitamiin). See on teadaolevalt üks tugevamaid looduses esinevaid mittekovalentseid seondumisi: selle dissotsiatsioonikonstant on Kd ≈10⁻¹⁴mol/L. 
Streptavidiini-biotiini kompleks on väga vastupidav orgaanilistele solventidele, denatureerivatele ainetele (naatriumdodetsüülsulfaat, triitium), proteolüütilistele ensüümidele, äärmuslikele temperatuuridele ja pH-le. Seetõttu kasutatakse streptavidiini laialdaselt molekulaarbioloogias ja biotehnoloogias.

Struktuur

Biotiiniga seostunud streptavidiini kristallstruktuuri kirjeldasid esimest korda 1989. aastal Wayne A. Hendrickson jt. 159 aminohappejäägist koosneva täispikkuses valgu N- ja C-terminaalset otsa töödeldakse, et saada lühem "algeline" streptavidiin, mis tavaliselt koosneb 13–139 aminohappejäägist; N- ja C-terminaalse otsa eemaldamine on vajalik, tagamaks biotiini kõrge afiinsusega kinnitumist. Streptavidiini monomeeri sekundaarstruktuur koosneb kaheksast antiparalleelsest β-lehe struktuurist, mis voltuvad kokku antiparalleelseks beeta-silindri tertsiaarstruktuuriks. Beeta-silindri mõlemas otsas on biotiini seostumiskoht. Neli identset streptavidiini monomeeri liituvad, et moodustada streptavidiini tetrameerne kvaternaarstruktuur. Biotiini seostumiskohad iga β-silindri mõlemas otsas koosnevad silindri sisemusest tulnud jääkidest koos kõrvalolevast alaühikust pärineva muutumatuks jäänud Trp120-ga. Seeläbi aitab iga alaühik kõrvaloleval alaühikul paiknevat seostumiskohta tugevdada, seega võiks sellist tetrameeri käsitleda ka kui funktsionaalsetest dimeeridest koosnevat dimeeri.

Suunatud immuunravi

Suunatud immuunravis kasutatakse monoklonaalsele antikehale konjugeeritud streptavidiini, mis kinnitub vähiraku spetsiifilisele antigeenile. Kui streptavidiiniga seotud monoklonaalne antikeha on antigeeniga seostunud, siis süstitakse organismi radioaktiivse märgisega biotiin, mis seostub streptavidiiniga; sedaviisi õnnestub kiiritada ainult vähirakke. Raskusi tekitab biotiini seostumiskohtade küllastumine endogeense biotiiniga, mis takistab süstitud radioaktiivse märgisega biotiini seostumist. Peale selle on probleemiks veel ka suur radioaktiivse kiirituse oht neerudele, kuna streptavidiin adsorbeerub kergesti rakkudele. Seni ollakse seisukohal, et suur siduvus sarnaste rakutüüpide vahel, nagu näiteks aktiveeritud trombotsüüdid ja melanoomi rakud, on põhjustatud integriiniga seondumisest, mida vahendab streptavidiinis paiknev RYD järjestus.

Monovalentse ja monomeerse streptavidiini võrdlus

Streptavidiin on tetrameer, mille iga alaühik seob biotiini võrdse afiinsusega. Multivalentsus on mõne rakenduse puhul kasulik, näiteks olukord, kus "ahnuse" efekt parandab streptavidiiniga seotud molekulide võimet tuvastada spetsiifilisi T-rakke. Teistel juhtudel, nagu streptavidiini kasutamisel kindlate valkude kujutamiseks rakkudel, võib multivalentsus häirida uuritava valgu funktsiooni. Monovalentne streptavidiin on tehniliselt töödeldud rekombinant tetrameersest streptavidiinist, kus ainult üks neljast seostumiskohast on funktsionaalne. Sellel ainukesel töötaval seostumiskohal on afiinsus väärtusega 10⁻¹⁴ mol/L ja ristsidumine ei ole võimalik. Monovalentset streptavidiini levitab Oxfordi Ülikool.
Monomeerne streptavidiin on rekombinantne vorm streptavidiinist, mille tetrameer on lõhutud monomeerideks ning mutatsioonide teel on võimendatud saadava isoleeritud alaühiku lahustuvust. Monomeerse streptavidiini variandid on afiinsusega biotiini suhtes 10⁻⁷ mol/L ja 10⁻⁸ mol/L ning seega ei ole need ideaalsed märgistamiseks, kuid see-eest on kasulikud valkude puhastamisel, kus on soovitud reaktsiooni pöörduvus.

Võrdlus avidiiniga

Streptavidiin ei ole ainuke valk, mis on võimeline siduma biotiini kõrge afiinsusega. Avidiin on teine kõige märkimisväärsem biotiini siduv valk. Algselt munavalgest eraldatud avidiinil on streptavidiiniga sarnane aminohappeline järjestus ainult 30% ulatuses, aga peaaegu identne sekundaar-, tertsiaar- ja kvaternaarstruktuur. Avidiinil on kõrgem afiinsus biotiiniga kui streptavidiinil (Kd ~10⁻¹⁵M), aga avidiin on glükosüleeritud, positiivselt laetud, omab pseudo-katalüütilist aktiivsust (on võimeline suurendama biotiini ja nitrofenüülgrupi vahelise estersideme leelishüdrolüüsi) ja agregeerub kergemini. Lisaks sellele on streptavidiin parem biotiini-konjugeeritud molekuli siduja; avidiinil on madalam seostumisafiinsus kui streptavidiinil, juhul kui biotiin on seotud teise molekuliga. Vaba biotiini korral on seostumisafiinsus suurem avidiinil.
Streptavidiinil on kergelt happeline isoelektriline punkt (pI ~5), aga saadaval on ka streptavidiini rekombinantne vorm peaaegu neutraalse pI-väärtusega. Kuna streptavidiinil puudub igasugune sahhariidi modifikatsioon ja sel on praktiliselt neutraalne pI-väärtus, siis on streptavidiini eeliseks avidiiniga võrreldes madalam mittespetsiifiline seondumine. Deglükosüleeritud avidiin (neutravidiin) on suuruse, pI ja ebaspetsiifilise seondumise poolest lähedasem streptavidiinile.