生物素-亲和素系统(Biotin-Avidin-System, BAS)是一个存在于自然界的蛋白-配体交互系统，这个系统已经被成功的用于蛋白，核酸，脂类的检测以及蛋白的纯化中。生物素-亲和素系统(Biotin-Avidin-System, BAS) 是一个在免疫分析中利用母鸡蛋白中的亲和素(Avidin)对生物素(Biotin, vitamin B7)的高亲和力，可以将蛋白联系在一起的一个简单完美的系统。

        生物素（biotin，B）广泛分布于动、植物组织中，常从含量较高的卵黄和肝组织中提取，分子量244．31Da．生物素分子有两个环状结构（如图1），其中Ⅰ环为咪唑酮环，是与亲和素结合的主要部位；II环为噻吩环，C2上有一戊酸侧链，其末端羧基是结合抗体和其他生物大分子的唯一结构，经化学修饰后，生物素可成为带有多种活性基团的衍生物——活化生物素。活化生物素可以在蛋白质交联剂的介导下，与已知的几乎所有生物大分子偶联，包括蛋白质，核酸，多糖，脂类等。

        亲和素（avidin，AV）亦称抗生物素蛋白、卵白素，是从卵白蛋白中提取的一种由4个相同亚基组成的碱性糖蛋白，分子量为68kD，等电点pI=10.5；耐热并耐受多种蛋白水解酶的作用．尤其是与生物素结合后，稳定性更好。生物素与亲和素间的作用是已知强度最高的非共价作用，亲和常数（K）为1015mol/L，比抗原与抗体间的亲和力（K=105～1011mol/L）至少高1万倍。并且，二者的结合稳定性好专一性强，不受试剂浓度，PH环境，抑或蛋白变性剂等有机溶剂影响。由于每个亲和素能结合4个分子的生物素，这一特点可以用于构建一个多层次信号放大系统。因此，BAS即可用于微量抗原、抗体及受体的定量、定性检测及定位观察研究，亦可制成亲和介质用于上述各类反应体系中反应物的分离、纯化。

         亲和素由于带有一个糖链侧链，导致容易和细胞表面的多糖发生非特异性亲和。因此，链霉亲和素被开发出来。

         亲和素由于带有一个糖链侧链，导致容易和细胞表面的多糖发生非特异性亲和。因此，链霉亲和素被开发出来。 链霉亲和素（streptavidin，SA）是由链霉菌streptomyces avidinii分泌的一种蛋白质，分子量为65kD。链霉亲和素分子由4条相同的肽链组成，其中每条肽链都能结合一个生物素，并且不带任何糖基，因此与亲和素一样，一个链霉亲和素分子也能结合4个生物素分子，二者亲和常数（K）亦为1015mol/L。链霉亲和素的适用范围比亲和素更为广泛。

生物素-亲和素系统(Biotin-Avidin-System, BAS)的应用

        生物素与诊断

        BAS-ELISA是在常规ELISA原理的基础上，结合生物素(B)与亲和素(A)间的高度放大作用，而建立的一种检测系统。生物素很易与蛋白质(如抗体等)以共价键结合。这样，结合了酶的亲和素分子与结合有特异性抗体的生物素分子产生反应，既起到了多级放大作用，又由于酶在遇到相应底物时的催化作用而呈色，达到检测未知抗原(或抗体)分子的目的。

        BAS用于检测的基本方法可分为三大类。

        第一类是标记亲和素连接生物化大分子反应体系，称BA法，或标记亲和素生物素法(LAB)。

        第二类以亲和素两端分别连接生物素化大分子反应体系和标记生物素，称为桥联亲和素-生物素法(BRAB)。

        第三类是将亲和素与酶标生物素共温形成亲和素-生物素-过氧化物酶复合物，再与生物素化的抗抗体接触时，将抗原-抗体反应体系与ABC标记体系连成一体，称为ABC法。这一方法可以将微量抗原的信号放大成千上万倍，以便于检测。

        生物素与亲和层析

        亲和层析是将具有特殊结构的亲和分子制成固相吸附剂放置在层析柱中，当要被分离的蛋白混合液通过层析柱时，与吸附剂具有亲和能力的蛋白质就会被吸附而滞留在层析柱中。那些没有亲和力的蛋白质由于不被吸附，直接流出，从而与被分离的蛋白质分开，然后选用适当的洗脱液， 改变结合条件将被结合的蛋白质洗脱下来。

        生物素-亲和素系统可以与亲和层析的方法结合，大大提高纯化蛋白质的纯度，或者为已知配体寻找受体。步骤是首先将生物素共价结合到配体蛋白上，再将生物素化后的配体蛋白加入含有受体蛋白的混合物，然后将此混合物通过预先固定了亲和素的层析柱，这时配体受体复合物就通过生物素-亲和素系统停留在层析柱上，最后通过选择性洗脱获得此受体配体蛋白复合物或者仅有受体。这一方法被广泛运用于药物研发行业，当人们发现某种药物分子具有疗效但是又不清楚它具体作用于哪种蛋白质时，可以将其生物素化然后把靶蛋白从成千上万种蛋白质中“抓”出来。

        生物素-亲和素系统还可以用相似的方法分离DNA.方法是在DNA探针的一端挂上生物素，然后用其获得目的DNA片段，再利用固定化的亲和素回收这些DNA。

使用生物素-亲和素系统(Biotin-Avidin-System, BAS)时候的一些小提示

        1. 亲和素(avidin, AV)还是链霉亲和素(streptavidin, SA)?

        虽然亲和素(avidin, AV)和链霉亲和素(streptavidin, SA)对生物素(Biotin)的结合都有很高的亲和力，在一些应用中使用亲和素(avidin, AV)的主要问题是它的非特异性结合，这个问题归因于亲和素(avidin, AV)结构上的糖链和高等电点(pI)。因此，使用链霉亲和素(streptavidin, SA)可以显著的防止这种非特异性，或者使用保留相同的生物素(Biotin)结合性质的脱糖化亲和素(avidin, AV)也可以防止这种非特异性。

        2. 使用链霉亲和素(streptavidin,SA)-生物素(Biotin)作为多功能检测系统.

        生物素-链霉亲和素系统(Biotin-Streptavidin-System)借助将抗体共轭连接上生物素(Biotin)然后使用亲和素(avidin, AV)或链霉亲和素(streptavidin, SA)对其检测的方法，几乎可以被应用在任何一个免疫测定中。它可以被共轭连接到各种商业化的便宜且高质量的荧光染料或者酶上。这使生物素化的抗体具有信号放大以及灵敏度增加的优势，但是同时，这要求对抗体和共轭连接溶剂进行优化。

        3. 使用生物素化的抗体时选用适合的缓冲体系.

        为了预防高背景以及低信噪比，在封闭缓冲液和其它溶液中强烈建议避免使用胎牛血清(fetal bovine serum, FBS)和生物素(Biotin)。一个好的替代物是0.1%–2.0%牛血清白蛋白(BSA fraction V)。在 Western blot 中，脱脂奶粉或者酪素(casein)应该被限制于初期封闭步骤，因为残留的生物素(Biotin)会干扰检测。在这种情况下，抗体溶液应该在与硝酸纤维素膜和PVDF 膜都都兼容的TBS-吐温(TBS-Tween)中制备。如果此时高背景仍然是个问题，高纯的 0.2%–6% 酪素(casein) 可以改善这个结果。

        4. 减少样品中残留生物素的干扰.

        有时，在使用生物素-链霉亲和素系统(Biotin-Streptavidin-System)时，Western blot 可能会检测到非特异性条带。这对于组织制备品和细胞裂解物是一个格外的事实，因为它们有可能包含共价结合生物的作为辅助因子的酶。在这种情况下，增加缓冲溶液的离子强度(~0.5 M NaCl)和/或在与一抗共孵化之前进行生物素(Biotin)封闭是有用的。在这一情况下，使用链霉亲和素(streptavidin, SA)琼脂糖微球去除生物素(Biotin)和生物素化的酶可以显著的增强灵敏度。

        5. 用来蛋白定量的细胞表面的生物素化.

        生物素-链霉亲和素系统(Biotin-Streptavidin-System)可以被成功的用在一种无创技术中来化学标记细胞表面蛋白，从而对细胞表面的表达，内吞作用(endocytosis)以及一系列细胞质膜受体和抗原进行直接精确的定量检测。结合到特异性受体和抗原的生物素(Biotin)的数量随后可以通过使用 ELISA 或者 Western blot 来定量检测。这种技术是放射性标记技术一个快速且安全的替代方法。

        6. 蛋白生物素化.

        当为蛋白的生物素化准备试剂时，在研究的系统下进行优化检测是明智的。因为选择一个适当的间隔器(spacer)和化学试剂将生物素((Biotin)连接到靶向蛋白上对实验结果会产生重大的影响。蛋白生物素化最常用的方法是使用琥珀酰亚胺酯(NHS)化的生物素((Biotin)对蛋白上暴露的氨基进行修饰。如果对蛋白上暴露的氨基的修饰不可行时，而蛋白中含有巯基或者这个蛋白被糖基化了，这个蛋白还可以被生物素化。此外，还可以使用商业化的光敏生物素化试剂对蛋白进行生物素标记，这种光敏生物素化试剂在被暴露在紫外光下后会被激活。

        7. 生物素标记蛋白的纯化.

        因为生物素-链霉亲和素 (Biotin-Streptavidin)复合物需要强的变性缓冲溶液(denaturing buffers)来破坏它们的相互作用而释放出生物素(Biotin)，来自于固定的链霉亲和素(streptavidin, SA)的生物素化的蛋白的纯化也会导致天然构象以及功能性质的丢失。因此，可以考虑使用设计好的可与生物素((Biotin)以相对较低亲和力结合的并且可以以温和条件被洗脱的亲和素(avidin, AV)类似物。或者，还可以使用生物素(Biotin)的类似物 2-iminobiotin (结构见下图)，2-iminobiotin 和链霉亲和素(streptavidin, SA)显示出了 pH 依赖的相互作用，因此，在温和条件下也可以将它们的复合物还原。在高 pH 下，它们显示了高亲和力的特异性结合，但是在酸性条件下，它们的相互作用力很弱。此外，还可以使用带有可被切割的间隔器(spacer)的生物素。

        8. 包含有可被切割切割间隔器(spacer)的生物素.

        生物素的双环侧链和负责共价结合到蛋白的化学基团之间可以使用可被切割的间隔器(spacer)，这样能方便生物素化的蛋白被固定的链霉亲和素(streptavidin, SA)“抓获”，然后再从链霉亲和素(streptavidin, SA)中释放出来。这些间隔器(spacer)包含可以被还原剂如2-巯基乙醇或者二硫苏糖醇(DTT)还原的二硫键和商品化的光切割 linkers。但是，上述的每种途径都有自身的限制性，应该根据自己的实验，认真优化选择这些条件。