AFMを使用したアビジン - ビオチンとストレプトアブディン - ビオチン相互作用の動的な力測定

原子力顕微鏡（AFM）を使用して、2つのモデルシステムの接着力の動的な力測定を実行しました：アビジン - ビオチンとストレプトアビジン - ビオチン。私たちの実験では、グルタルアルデヒドを使用して、先端上の（連鎖球菌）アビジンを固定し、サンプル表面にビオチンを固定しました。このような界面層は、（連鎖球菌）アビジンがビオチン化ウシアルブミンとアガロースポリマーとビオチンと結合している場合、AFM研究の文献で通常報告されているものよりも剛性があります。300〜9600 PN/sの範囲のアビジンビオチンとストレプトアビジン - ビオチン結合の破裂力の依存性を決定しました。この関係の半測量プロットの勾配は、約1700 pn/sで変化します。2つの異なるレジームの存在は、解離プロセス中にこれらの複合体の2つの活性化障壁が存在することを示しています。ベルモデルから計算された解離速度と活性化エネルギー障壁、アビジン - ビオチンとストレプトアビジン - ビオチンの相互作用については、1700 pn/sを超える負荷率については互いに類似していますが、負荷率<1700 pnの場合は互いに異なります/s。後者の場合、解離速度は、0.8 k（b）tのより大きな外部活性化障壁により、ストレプトアビジンビオチン複合体よりもアビジン - ビジン - ビオチン複合体の安定性が高いことを示しています。結合破裂力は、負荷速度<1700 pn/sのストレプトアビジン - ビオチンペアよりもアビジンビオチンペアよりも約20 pn高くなっています。これらの2つの実験的観察結果は、アビジンとストレプトアビジンのビオチン結合ポケットの間の既知の構造の違いと一致しています。

Using atomic force microscopy (AFM) we performed dynamic force measurements of the adhesive forces in two model systems: avidin-biotin and streptavidin-biotin. In our experiments we used glutaraldehyde for immobilization of (strept)avidin on the tip and biotin on the sample surface. Such interface layers are more rigid than those usually reported in the literature for AFM studies, when (strept)avidin is coupled with biotinylated bovine albumin and biotin with agarose polymers. We determined the dependence of the rupture forces of avidin-biotin and streptavidin-biotin bonds in the range 300-9600 pN/s. The slope of a semilogarithmic plot of this relation changes at about 1700 pN/s. The existence of two different regimes indicates the presence of two activation barriers of these complexes during the dissociation process. The dissociation rates and activation energy barriers, calculated from the Bell model, for the avidin-biotin and streptavidin-biotin interactions are similar to each other for loading rates > 1700 pN/s but they are different from each other for loading rates < 1700 pN/s. In the latter case, the dissociation rates show a higher stability of the avidin-biotin complex than the streptavidin-biotin complex due to a larger outer activation barrier of 0.8 k(B)T. The bond-rupture force is about 20 pN higher for the avidin-biotin pair than for the streptavidin-biotin pair for loading rates < 1700 pN/s. These two experimental observations are in agreement with the known structural differences between the biotin binding pocket of avidin and of streptavidin.