A estreptavidina é uma proteína tetramérica produzida pela bactéria Streptomyces avidinii. Ela liga-se não-covalentemente a moléculas de biotina (vitamina H) com alta afinidade (Kd aproximado de 10 fM) através de uma das interações mais fortes encontradas na natureza.

A capacidade de ligar-se de maneira instantânea a moléculas de biotina, torna a estreptavidina uma ferramenta molecular muito utilizada para unir nanoestruturas, funcionando como uma verdadeira cola molecular.

Como fazer uso da estreptavidina em técnicas moleculares

Uma forma prática de fazer uso das propriedades ligantes da estreptavidina, consiste em biotinilar moléculas desejadas (ou seja, acoplar covalentemente moléculas de biotina a alvos desejados). Reagentes de biotinilação são facilmente encontrados no mercado de P&D e permitem a biotinilação de anticorpos, peptídeos, enzimas, proteínas, ácidos nucleicos, etc.

Diante da natureza tetramérica da estreptavidina, é possivel unir de duas a quatro moléculas biotiniladas entre si, através da ligação em um mesmo tetrâmero de estreptavidina de maneira rápida e eficiente, funcionando como uma “cola”.

Utilizando estratégias como esta, proteínas são ligadas entre si para ganho de funções, como a produção de anticorpos secundários acoplados a enzimas ou fluoróforos, utilizados há décadas, em diversas técnicas imunológicas.

Estreptavidina conectando IgGs a enzimas repórter

Vantagens do uso da Estreptavidina em imunodiagnóstico

Em procedimentos de imunodiagnóstico, a estreptavidina é frequentemente adsorvida em placas de poliestireno sem perder sua capacidade de ligação a antígenos biotinilados em procedimentos de ELISA. Isto é importante, já que com a imobilização direta de antígenos na placa de poliestireno, corre-se o risco de distorcer a estrutura terciária do antígeno, inviabilizando um reconhecimento imunológico ideal durante a técnica. Ao imobilizar a estreptavidina na placa de ELISA, o antígeno biotinilado liga-se à estreptavidina sem perder sua estrutura tridimensional.

Quando peptídeos precisam ser imobilizados em placas de ELISA, a chance de a ligação à placa tornar o peptídeo inacessível ao reconhecimento molecular posterior é grande, inviabilizando a técnica. Dessa forma, utiliza-se a imobilização da estreptavidina na placa, com posterior ligação de peptídeo biotinilado (que torna-se muito mais acessível ao reconhecimento molecular posterior do que se estivesse totalmente adsorvido pela placa de poliestireno). Logo, a utilização de estreptavidina nestes métodos aprimoram sensibilidade e especificidades dos métodos desenvolvidos.

Porque esta interação é tão forte?

A ligação da biotina na estreptavidina ocorre em poucos milissegundos através de muitas interações hidrofóbicas entre a biotina e a estreptavidina. Após a ligação, um loop proveniente do monômero adjacente fecha-se e cobre o sítio de ligação de biotina recém ocupado, como se fosse uma verdadeira tampa. Com o fechamento do sítio de ligação pelo loop do monômero adjacente, a saída da biotina do sitio de ligação é muito lenta, tornando a ligação muito estável.

É por este motivo que é imprescindível que a estreptavidina exista como um tetrâmero para a manutenção de sua alta afinidade por biotina, pois a “tampa” (loop) que se fecha sobre a biotina após a ligação provém do monômero adjacente, e a manutenção da estrutura quaternária da estreptavidina é crucial para manutenção da sua função.

É interessante observar que quando a estreptavidina encontra-se livre de biotina, este loop encontra-se aberto e estabilizado por pontes de hidrogênio que o mantém aberto, deixando o sítio de ligação bem acessível à ligação com biotina. Uma vez que a biotina entra no sítio de ligação, o loop aberto se torna desestabilizado e fecha-se sobre o sítio de ligação, não permitindo o desligamento da biotina do sítio ativo. Dessa forma, uma ligação rápida (Rápido Kon) e um desligamento muito lento (lento Koff) são parte das bases moleculares para a forte ligação da biotina à estreptavidina.

Uma vez que uma ampla gama de moléculas orgânicas podem ser biotiniladas, a estreptavidina representa o elo de ligação que você precisava entre suas moléculas de interesse.

Apesar da grande diversidade de aplicações já desenvolvidos, diversas outras aplicações para as incríveis propriedades da estreptavidina ainda estão para ser descobertas. Conte com a Scienco para assessorar em seus experimentos e seja o próximo a construir uma nova aplicação.

Autor: Gustavo Felippe da Silva, PhD

Farmacêutico, formado pela UFRGS em 1999. Mestre em Biologia Molecular do Desenvolvimento (2007), e PhD (2011) em Bioquímica pela Escola de Medicina Albert Einstein de Nova Iorque, EUA. Especialista em estudos de interação entre proteínas e evolução de proteínas focado no desenvolvimento de bibliotecas sintéticas proteicas de anticorpos e toxinas pelo método de apresentação por fagos (Phage display). Professor Efetivo do Departamento de Engenharia Florestal da Universidade do Estado de Santa Catarina.

Referências

1. W. A. Hendrickson et al., Crystal structure of core streptavidin determined from multiwavelength anomalous diffraction of synchrotron radiation. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. (1989), doi:10.1073/pnas.86.7.2190.

2. P. C. Weber, D. H. Ohlendorf, J. J. Wendoloski, F. R. Salemme, Structural origins of high-affinity biotin binding to streptavidin. Science (80-. ). (1989), doi:10.1126/science.2911722.

3. M. Fairhead, D. Krndija, E. D. Lowe, M. Howarth, Plug-and-play pairing via defined divalent streptavidins. J. Mol. Biol. (2014), doi:10.1016/j.jmb.2013.09.016.

4. D. Fogen, S. C. Wu, K. K. S. Ng, S. L. Wong, Engineering streptavidin and a streptavidin- binding peptide with infinite binding affinity and reversible binding capability: Purification of a tagged recombinant protein to high purity via affinity-driven thiol coupling. PLoS One (2015), doi:10.1371/journal.pone.0139137.

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