松廼屋｜論点解説 薬剤師国家試験対策ノート問108-114【生物】論点：二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGE
第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問114
一般問題（薬学理論問題）【生物】
問108-114
Q. 二次元電気泳動は、等電点電気泳動とSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)を組み合せたもので、ある生体試料中の多種多様なタンパク質をそれぞれ固有の等電点と分子量の違いを利用して分離する方法である。図1と図2は、二次元電気泳動の概要と実験結果を示したものである。このようなタンパク質分析法とその実験結果に関する記述のうち、誤っているのはどれか。1つ選べ。
図1｜等電点電気泳動： pH4～10の連続的なpH勾配を形成させた棒状のゲルを準備する。このゲルを用いて電気泳動すると、試料中の各タンパク質はそれぞれの等電点の位置までゲル中を移動する。(注：実際にはこの段階ではゲルは染色しないためタンパク質は見えないが、図1 の下段では電気泳動後にタンパク質が等電点で分離しているイメージを示した。)
図2｜SDS-PAGE： 等電点電気泳動により試料中のタンパク質を分離した棒状ゲルを、SDS-PAGEの分離ゲルの上に移し、一次元目の等電点電気泳動と直角の方向に電気泳動する。タンパク質は、その分子量に応じた位置まで移動する。電気泳動の終了後、泳動用のガラス板から取り出したゲルを洗浄し、クマシーブリリアントブルーでタンパク質を染色したところ、50個のスポットを検出した。
図2中のスポットAは、等電点5.8、分子量56,000のタンパク質である。
選択肢｜
1. 等電点が5.8より小さく、かつ分子量が56,000より大きいスポットは、4つ検出されている。
2. スポットAのタンパク質では、中性溶液中での分子全体の電荷が負になる。
3. スポットBのタンパク質の等電点は、ほぼ5.8である。
4. スポットCのタンパク質は、分子量56,000より小さい。
5. タンパク質のスポットの位置は、リン酸化により、やや右上方向に移動すると推測される。
こんにちは！薬学生の皆さん。
Mats & BLNtです。
matsunoya_note から、薬剤師国家試験の論点解説をお届けします。
苦手意識がある人も、この機会に、薬学理論問題【生物】を一緒に完全攻略しよう！
今回は、第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問114、論点：二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGEを徹底解説します。
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設問へのアプローチ｜
第108回薬剤師国家試験の問114（問108-114）では、二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGEに関する知識を問われました。
図が3つも入った問題👑👑👑で、文字数は図と選択肢を含めると…
802文字👽です。
第107回薬剤師国家試験の問114（問107-114）では、SDS-PAGEを論点として、図が3つで、文字数666文字👽の問題が出題されましたが、第108回に来て、
文字数が136文字👽増えていますね。
しかも、電気泳動を2次元展開し、そのプロセスを延々と説明しています。
単なる親切心👻から802文字を使い、二次元電気泳動の作業手順までを、国家試験の真剣勝負さなかに、懇切丁寧に説明しているわけでもなさそうだ、と薬学生の皆さんもそろそろ気づいてきたのではないですか… ( ﾟДﾟ)。
時間内に（ここでは、2分30秒以内ですが）誰も正解が出せないような無駄に煩雑な問題を薬剤師国家資格取得のための問題設計において頻繁に投入し、何のレビューもなく差し戻しや修正がなく、問題が国家資格試験に掲載された場合、究極の場合、どのような事態が発生するでしょうか。
国家資格にふさわしいかどうかの検出力が、限りなく減少していきます。
その結果、究極では、薬剤師国家資格は、事実上ゼロ点満点でどの問題にも答えられなくても、法で定められた薬剤師の国家資格とそれに伴う利権が得られるようになる。
その究極の時代の、利益相反関係の俯瞰図を思い浮かべてみたらいかがでしょうか。誰にとっての「ヘブン」なのか。
薬剤師国家資格に、必要な資質とは何なのか、よく考える必要がある。
本題に戻りましょう。ここで焦ってはいけません。
実は、この問題を解くために必要なことは、図2の電気泳動の結果でA、B、Cという3種類のタンパク質の等電点（横軸 X: 右に向かって小さくなる）および分子量（縦軸 Y: 下に向かって小さくなる）を確認することだけです。
薬学生の皆さんは、そのくらいのxy座標を認識できるマルチモーダル機能はすでに搭載しているはずです。(^^)/
ただし、見逃してはいけない一文が、2ページにわたって展開する問題の改ページの直前のとても見づらい位置に書いてあるので、そこだけは見逃さないよう注意が必要です。
「図2中のスポットAは、等電点5.8、分子量56,000のタンパク質である。」
また、このような種類の問題の場合、選択肢から読んで、必要な情報にだけアクセスするのが1問を2.5分以内に解くコツです。
■■Grok 2 mini (beta)
二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGEの詳細に関しては、後述のLectureで論点を解説します。以下に目次を示します。
目次
第1章 二次元電気泳動の基本概念
1.1 二次元電気泳動の定義と目的
1.2 歴史的背景
第2章 第一次元電気泳動: 等電点電気泳動 (IEF)
2.1 IEFの原理
2.2 pH勾配の形成とその重要性
2.3 タンパク質の等電点(pI)とその分離
第3章 第二次元電気泳動: SDS-PAGE
3.1 SDS-PAGEの原理
3.2 SDSの役割と分子量の分離
第4章 試料準備とサンプルローディング
4.1 試料の前処理
4.2 サンプルのローディング方法
第5章 データの可視化と解析
5.1 染色技術
5.2 データ解析の基本手法
第6章 応用と応用範囲
6.1 二次元電気泳動の応用例
6.2 技術の進歩と未来展望
それでは、論点を整理しておきましょう。
今回、Grok 2 mini (beta)にお願いして、論点をまとめてもらいました。
完全攻略を目指せ！
■■Grok 2 mini (beta)
総合的な論点
二次元電気泳動の基本原理
二次元電気泳動は、タンパク質をその等電点（pI）と分子量に基づいて分離する技術です。この手法は以下のように進行します。
第一次元（等電点電気泳動）:
pH勾配ゲルを使用します。ここではpH 4から10の範囲が用いられています。
各タンパク質は電気泳動中に自分の等電点（pI）に到達するまで移動します。等電点に達すると、タンパク質はその位置で帯電を失い、移動を停止します。
第二次元（SDS-PAGE）:
第一次元のゲルをSDS-PAGEゲルの上に直角に配置し、再び電気泳動を行います。
SDS（硫酸ラウリルナトリウム）はタンパク質に負電荷を与え、分子量に応じてゲル中を移動します。より小さいタンパク質はより速く移動し、より大きいタンパク質は遅く移動します。
この二次元電気泳動により、タンパク質は二つの異なる特性（等電点と分子量）に基づいて二次元平面上に分離されます。
各選択肢の論点および解法へのアプローチ方法
選択肢1: 等電点が5.8より小さく、かつ分子量が56,000より大きいスポットは、4つ検出されている。
論点: この選択肢では、図2を目視に基づいて検証する必要があります。
具体的には、横軸（pH勾配）では5.8よりも右側（等電点が小さい）、縦軸（分子量）では56,000よりも上側（分子量が大きい）を見る必要があります。解法へのアプローチ:
まず、スポットA（等電点5.8、分子量56,000）の位置を確認します。
次に、スポットAの右上に位置するスポットを数えます。これらのスポットの数が条件を満たしているか確認します。
選択肢2: スポットAのタンパク質では、中性溶液中での分子全体の電荷が負になる。
論点: 等電点（pI）が5.8のタンパク質が中性溶液（pH7）でどのような電荷を持つかを考慮します。等電点は、タンパク質が電気的に中性になるpH値です。
解法へのアプローチ:
pHが等電点より高い場合、タンパク質は負に帯電し、pHが等電点より低い場合、正に帯電します。
中性溶液（pH7）は等電点5.8より高いため、スポットAのタンパク質は負に帯電するかどうかを検討します。
選択肢3: スポットBのタンパク質の等電点は、ほぼ5.8である。
論点: スポットBがスポットAと分子量が同じで、横軸で左側にあるということは、等電点が5.8より大きいことを示唆しています。
解法へのアプローチ:
図2の目視に基づいて、スポットBの位置を確認し、その等電点が5.8に近いかどうかを評価します。
選択肢4: スポットCのタンパク質は、分子量56,000より小さい。
論点: この選択肢では、図2を目視に基づいて検証する必要があります。具体的には、縦軸（分子量）では56,000よりも下側（分子量が小さい）かを見る必要があります。
解法へのアプローチ:
図2の縦軸に基づいて、スポットCがスポットAよりも下側に位置しているか確認します。
選択肢5: タンパク質のスポットの位置は、リン酸化により、やや右上方向に移動すると推測される。
論点: リン酸化はタンパク質のpIを下げ、分子量を増加させることがあります。この効果がスポットの移動にどのように影響するか考えます。
解法へのアプローチ:
リン酸化によって等電点が下がると、右方向に移動し、分子量が増えると上方向に移動することを考慮します。
楽勝です！
はじめましょう。
薬剤師国家試験の薬学理論問題【生物】から二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGEを論点とした問題です。
なお、以下の解説は、著者（Yukiho Takizawa, PhD）がプロンプトを作成して、その対話に応答する形でGPT4o & Copilot 、Gemini 1.5 Pro、またはGrok 2 (beta) が出力した文章であって、著者がすべての出力を校閲しています。
生成AIの製造元がはっきりと宣言しているように、生成AIは、その自然言語能力および取得している情報の現在の限界やプラットフォーム上のインターフェースのレイト制限などに起因して、間違った文章を作成してしまう場合があります。
疑問点に関しては、必要に応じて、ご自身でご確認をするようにしてください。
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Here we go.
第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問114
一般問題（薬学理論問題）【生物】
問108-114
Q. 二次元電気泳動は、等電点電気泳動とSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)を組み合せたもので、ある生体試料中の多種多様なタンパク質をそれぞれ固有の等電点と分子量の違いを利用して分離する方法である。図1と図2は、二次元電気泳動の概要と実験結果を示したものである。このようなタンパク質分析法とその実験結果に関する記述のうち、誤っているのはどれか。1つ選べ。
図1｜等電点電気泳動： pH4～10の連続的なpH勾配を形成させた棒状のゲルを準備する。このゲルを用いて電気泳動すると、試料中の各タンパク質はそれぞれの等電点の位置までゲル中を移動する。(注：実際にはこの段階ではゲルは染色しないためタンパク質は見えないが、図1 の下段では電気泳動後にタンパク質が等電点で分離しているイメージを示した。)
図2｜SDS-PAGE： 等電点電気泳動により試料中のタンパク質を分離した棒状ゲルを、SDS-PAGEの分離ゲルの上に移し、一次元目の等電点電気泳動と直角の方向に電気泳動する。タンパク質は、その分子量に応じた位置まで移動する。電気泳動の終了後、泳動用のガラス板から取り出したゲルを洗浄し、クマシーブリリアントブルーでタンパク質を染色したところ、50個のスポットを検出した。
図2中のスポットAは、等電点5.8、分子量56,000のタンパク質である。
選択肢｜
1. 等電点が5.8より小さく、かつ分子量が56,000より大きいスポットは、4つ検出されている。
2. スポットAのタンパク質では、中性溶液中での分子全体の電荷が負になる。
3. スポットBのタンパク質の等電点は、ほぼ5.8である。
4. スポットCのタンパク質は、分子量56,000より小さい。
5. タンパク質のスポットの位置は、リン酸化により、やや右上方向に移動すると推測される。
■■Grok 2 mini (beta)
生物｜問 108-114
■論点｜二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGE
この問題の論点は、二次元電気泳動の結果に基づくタンパク質の特性（等電点と分子量）についての記述が正しいかどうかを特定することです。
■解説1｜
等電点が5.8より小さく、かつ分子量が56,000より大きいスポットは、4つ検出されている。（選択肢1）[正しい]
この選択肢は、視覚的な補助的説明に基づいて、スポットA（等電点5.8、分子量56,000）の右上に位置するスポットを数えることで確認できます。視覚的に確認できる4つのスポットが存在するので、この記述は正しいです。
スポットAのタンパク質では、中性溶液中での分子全体の電荷が負になる。（選択肢2）[正しい]
スポットAの等電点は5.8です。中性溶液（pH7）は等電点5.8より高いため、スポットAのタンパク質は負に帯電します。
タンパク質の等電点より高いpHでは、タンパク質は負に帯電し、等電点より低いpHでは正に帯電します。
スポットCのタンパク質は、分子量56,000より小さい。（選択肢4）[正しい]
スポットCがスポットA（分子量56,000）の真下に位置していることが示されています。
SDS-PAGEの特性により、分子量が小さいタンパク質はより速く移動し、ゲルの下部に位置します。したがって、スポットCの分子量はスポットAより小さいことが確認できます。
タンパク質のスポットの位置は、リン酸化により、やや右上方向に移動すると推測される。（選択肢5）[正しい]
リン酸化はタンパク質にリン酸基を付加します。これによりタンパク質の分子量が増加し、等電点が下がります。
分子量が増えると、SDS-PAGEで上方向に移動し、等電点が下がると、等電点電気泳動で右方向に移動します。従って、リン酸化によりタンパク質のスポットは右上方向に移動することが予測されます。
■解説2｜
スポットBのタンパク質の等電点は、ほぼ5.8である。（選択肢3）[誤り]
スポットBはスポットAと同じ分子量で、横軸では左側（等電点が大きい）に位置しています。
従って、スポットBの等電点は5.8より必ず大きいと推測されます。
「ほぼ5.8」という記述は、等電点が5.8に非常に近いという意味合いを持ちますが、スポットBの等電点は5.8より明らかに大きいと考えられます。
※薬剤師国家試験の問題で、数値データを評価する際に「ほぼ」とか「ほぼほぼ」とかいう修飾語を使うことは禁止したほうがいいです。科学的に正しい訓練を受けている薬学生の皆さんは、絶対にマネしないように😡
■結論｜
選択肢の中で誤っているのは「スポットBのタンパク質の等電点は、ほぼ5.8である。」という選択肢3です。スポットBはスポットAより等電点が高い位置にあり「ほぼ5.8」という記述は誤りです。
※誤りを選択する問題で「ほぼ」って、、狙ってやってるなら最低です(^^)/。検出力が「ほぼ」なくなる状態になるからです。
■補足｜
等電点電気泳動とSDS-PAGEの原理:
等電点電気泳動では、タンパク質は自分の等電点（pI）に移動します。等電点に達すると、タンパク質は電気的に中性になり、移動を停止します。
SDS-PAGEでは、SDSがタンパク質に負電荷を提供し、タンパク質をその分子量に基づいて分離します。より小さいタンパク質はゲル中をより速く移動します。
リン酸化の効果:
リン酸化は、タンパク質の等電点を下げ、分子量を増加させる可能性があります。これにより、リン酸化されたタンパク質のスポットは右上方向に移動することが予測されます。
タンパク質の等電点と電荷の関係:
等電点より高いpHではタンパク質は負に帯電し、低いpHでは正に帯電します。これはアミノ酸の側鎖のプロトン化・非プロトン化によるものです。
■Lecture
論点解説 二次元電気泳動 / 等電点電気泳動・SDS-PAGE 概説
■■Grok 2 mini (beta)
第1章 二次元電気泳動の基本概念
1.1 二次元電気泳動の定義と目的
二次元電気泳動（2D-PAGE）は、複雑なタンパク質混合物を分離する強力な技術で、タンパク質を二つの異なる特性（等電点と分子量）に基づいて分離します。この方法は、タンパク質のプロテオーム解析において広く使用されます。目的は、生物学的試料中の多種多様なタンパク質をそれぞれの固有の等電点と分子量に基づいて分離し、視覚化することです。
1.2 歴史的背景
二次元電気泳動の概念は、1970年代に初めて提唱されました。O'Farrell, P. H. (1975)がこの技術を開発し、以来、タンパク質の解析において重要な位置を占めています。初期の発展は、タンパク質研究に革命をもたらし、特にプロテオームの理解に貢献しました。
第2章 第一次元電気泳動: 等電点電気泳動 (IEF)
2.1 IEFの原理
等電点電気泳動（Isoelectric Focusing, IEF）は、タンパク質をその等電点（pI）に基づいて分離する方法です。IEFでは、pH勾配が形成されたゲル中で電気泳動が行われます。タンパク質は荷電状態に応じて移動し、最終的に等電点で電気的に中性になる位置に集積します。
2.2 pH勾配の形成とその重要性
pH勾配は、アンフォリオン（両性イオン）と呼ばれる化合物を使用して形成されます。これらの化合物はpH勾配を安定に保ち、タンパク質が等電点に到達するまで移動するための環境を提供します。pH勾配の形成は、分離の解像度と再現性に影響を与えます。
2.3 タンパク質の等電点(pI)とその分離
タンパク質の等電点は、アミノ酸側鎖の荷電状態に依存し、それぞれのタンパク質が電気的に中性になるpH値を示します。IEFでは、タンパク質はこの等電点までゲル中を移動し、そこで停止します。これにより、異なる等電点を持つタンパク質が分離されます。
第3章 第二次元電気泳動: SDS-PAGE
3.1 SDS-PAGEの原理
SDS-PAGE（Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis）は、タンパク質を分子量に基づいて分離する技術です。SDS（硫酸ラウリルナトリウム）は、タンパク質に負電荷を与え、分子量に応じてゲル中を移動する速度を一様にします。より小さいタンパク質はゲル中をより速く移動し、より大きいタンパク質は遅く移動します。
3.2 SDSの役割と分子量の分離
SDSはタンパク質の二次構造を破壊し、タンパク質にほぼ均等な負電荷を与えます。これにより、タンパク質の移動速度はその分子量のみに依存することになります。分子量マーカーを使用することで、各バンドの分子量を推定することが可能です。
第4章 試料準備とサンプルローディング
4.1 試料の前処理
試料前処理は、二次元電気泳動の成功に重要です。これにはタンパク質の抽出、溶解、還元、アルキル化等が含まれます。試料は通常、尿素、チオ尿素、DTT（ジチオトレイトール）、CHAPS（3-[(3-コールアミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホン酸）などの溶液に溶解されます。
4.2 サンプルのローディング方法
第一次元のIEFゲルにサンプルをローディングする際、試料はpH勾配の中央部または適切なpH範囲の端にロードされます。試料がpH勾配中に均等に分散するように注意が必要です。第二次元のSDS-PAGEでは、IEFゲルがSDS-PAGEゲルの上部に配置され、直接ローディングされます。
第5章 データの可視化と解析
5.1 染色技術
タンパク質のスポットを視覚化するためには、染色が必要です。一般的な染色方法には、クマシーブリリアントブルー、コーロミーブリリアントオレンジ、シルバーステイン、およびフラヨレスセント染色があります。シルバーステインは感度が高いが定量性が低い一方で、クマシーブリリアントブルーは定量性が高く、一般的に使用されます。
5.2 データ解析の基本手法
データ解析には、スポットの検出、定量化、および比較が含まれます。ソフトウェアを使用して、スポットの強度や位置が分析され、異なるサンプル間の差異を評価します。また、質量分析法（MS）と組み合わせることで、特定のスポットのタンパク質を同定することが可能です。
第6章 応用と応用範囲
6.1 二次元電気泳動の応用例
二次元電気泳動は、プロテオーム研究、疾患バイオマーカーの発見、薬物応答の評価、および環境ストレスに対するタンパク質の変化の研究など、様々な分野で応用されます。特に、癌研究や神経科学では、特定のタンパ質変化のマッピングが重要な役割を果たします。
6.2 技術の進歩と未来展望
近年、二次元電気泳動は自動化と高解像度化が進んでいます。さらに、質量分析法や次世代シーケンシング技術との統合により、タンパク質の同定と定量化がより迅速かつ正確に行われるようになっています。未来では、単一細胞レベルでのプロテオーム解析や、リアルタイムでのタンパク質の動態観察などが期待されています。
Ref.
O'Farrell, P. H. (1975). "High resolution two-dimensional electrophoresis of proteins." Journal of Biological Chemistry, 250(10), 4007-4021.
Gorg, A., Weiss, W., & Dunn, M. J. (2004). "Current two-dimensional electrophoresis technology for proteomics." Proteomics, 4(12), 3665-3685.
Rabilloud, T. (2002). "Two-dimensional gel electrophoresis in proteomics: Old, old fashioned, but it still climbs up the charts." Proteomics, 2(1), 3-10.
Görg, A., Obermaier, C., Boguth, G., Harder, A., Scheibe, B., Wildgruber, R., & Weiss, W. (2000). "The current state of two-dimensional electrophoresis with immobilized pH gradients." Electrophoresis, 21(6), 1037-1053.
Klose, J., & Kobalz, U. (1995). "Two-dimensional electrophoresis of proteins: an updated protocol and implications for a functional analysis of the genome." Electrophoresis, 16(1), 1034-1059.
以上の文献は、二次元電気泳動に関わる基本原理、技術的進歩、および応用についての科学的根拠を提供しています。
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すっきり、はっきりわかったら、合格です。
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問114
一般問題（薬学理論問題）【生物】
問108-114
Q. 二次元電気泳動は、等電点電気泳動とSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)を組み合せたもので、ある生体試料中の多種多様なタンパク質をそれぞれ固有の等電点と分子量の違いを利用して分離する方法である。図1と図2は、二次元電気泳動の概要と実験結果を示したものである。このようなタンパク質分析法とその実験結果に関する記述のうち、誤っているのはどれか。1つ選べ。
図1｜等電点電気泳動： pH4～10の連続的なpH勾配を形成させた棒状のゲルを準備する。このゲルを用いて電気泳動すると、試料中の各タンパク質はそれぞれの等電点の位置までゲル中を移動する。(注：実際にはこの段階ではゲルは染色しないためタンパク質は見えないが、図1 の下段では電気泳動後にタンパク質が等電点で分離しているイメージを示した。)
図2｜SDS-PAGE： 等電点電気泳動により試料中のタンパク質を分離した棒状ゲルを、SDS-PAGEの分離ゲルの上に移し、一次元目の等電点電気泳動と直角の方向に電気泳動する。タンパク質は、その分子量に応じた位置まで移動する。電気泳動の終了後、泳動用のガラス板から取り出したゲルを洗浄し、クマシーブリリアントブルーでタンパク質を染色したところ、50個のスポットを検出した。
図2中のスポットAは、等電点5.8、分子量56,000のタンパク質である。
選択肢｜
1. 等電点が5.8より小さく、かつ分子量が56,000より大きいスポットは、4つ検出されている。
2. スポットAのタンパク質では、中性溶液中での分子全体の電荷が負になる。
3. スポットBのタンパク質の等電点は、ほぼ5.8である。
4. スポットCのタンパク質は、分子量56,000より小さい。
5. タンパク質のスポットの位置は、リン酸化により、やや右上方向に移動すると推測される。
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