IgG1のSDS-PAGE 111回薬剤師国家試験問114の解説
111回薬剤師国家試験 問114
抗原Ｘに結合する単クローン由来のヒト免疫グロブリン（IgG1）は、
2 本の重鎖（H 鎖）と2 本の軽鎖（L 鎖）からなり、
図1 に示すように、2 本の重鎖間と重鎖・軽鎖間に4 つのジスルフィド結合を含み、
分子量がほぼ同じ 12 個の構造単位で構成される。
また、IgG1 全体の分子量は約 150 kDa である。
この IgG1 分子を界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウムの存在下で熱変性させ、
ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、
タンパク質に結合する色素（クマシーブリリアントブルー）で染色した。
ジスルフィド結合を還元する 2-メルカプトエタノールを加えて熱変性を行った場合と、
加えないで熱変性を行った場合では、
図2 に示すように、泳動結果に違いがあった。
ただし、バンド2 とバンド3 に含まれる分子数の比は 1：1 であった。
以下の記述のうち、正しいのはどれか。２つ選べ。
1 2-メルカプトエタノールを加えて熱変性を行ったのは、実験2 である。
2 バンド1 から抽出したタンパク質は、電気泳動前の IgG1 よりも強く抗原Ｘに結合することができる。
3 バンド2 、バンド3 の分子量は、それぞれ 100 kDa、50 kDa と見積もられる。
4 バンド3 のタンパク質は、熱変性によって切断された重鎖の断片である。
5 バンド2 とバンド3 のタンパク質は、いずれも抗原結合部位を含む。
111回薬剤師国家試験 問114 解答解説
正しいのは、選択肢1と5です。
本問は、SDS-PAGEにおけるIgGの還元・非還元条件を理解しているかを問う問題です。
問題文ではIgG1が「2本のH鎖＋2本のL鎖」で構成され、
鎖どうしがジスルフィド結合でつながっていること、
2-メルカプトエタノールによる還元の有無で泳動結果が異なることが示されています。
IgG1の構造
IgG1は
H鎖（重鎖）×2本
L鎖（軽鎖）×2本
から構成されます。
全体の分子量は約 150 kDa です。
典型的には、
H鎖：約50 kDa
L鎖：約25 kDa
なので、
50×2 + 25×2 = 150 kDa
となります。
この問題ではさらに、「分子量がほぼ同じ12個の構造単位」とあります。
図1から、
H鎖1本＝4単位
L鎖1本＝2単位
です。
したがって1単位を約12.5 kDaとすると、
H鎖 = 12.5×4 = 50 kDa
L鎖 = 12.5 ×2 = 25 kDa
と判断できます。
SDSと2-メルカプトエタノールの役割
ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）はタンパク質を変性させ、
ほぼ一様な負電荷を与えます。
そのためSDS-PAGEでは、おおむね
分子量が小さいタンパク質ほど速く・遠くまで泳動する
ことになります。
2-メルカプトエタノールは還元剤で、
ジスルフィド結合（S−S結合）を切断します。
したがってIgGに加えると、
H2L2
が
2H ＋ 2L
に分離します。
以下で各選択肢について説明します。
選択肢1
1 2-メルカプトエタノールを加えて熱変性を行ったのは、実験2 である。
これは正しいです。
図2では、
実験1：バンド1のみ
実験2：バンド2＋バンド3
となっています。
実験1ではジスルフィド結合が残っているため、
H2L2
のままで、約150 kDaのバンド1として泳動されます。
一方、実験2では2-メルカプトエタノールによってジスルフィド結合が切断され、
H鎖：約50 kDa
L鎖：約25 kDa
の2種類に分かれます。
したがって、実験2が還元条件です。
選択肢2
2 バンド1 から抽出したタンパク質は、電気泳動前の IgG1 よりも強く抗原Ｘに結合することができる。
これは誤りです。
バンド1から抽出したタンパク質はジスルフィド結合こそ保たれていますが、
ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）と加熱によってタンパク質は変性しています。
抗体が抗原を認識するためには、可変部が適切な立体構造を形成していることが重要です。
バンド1から抽出したタンパク質は高次構造が崩れているため、
抗原結合能が強くなることはありません。むしろ失われる・低下すると考えます。
選択肢3
3 バンド2 、バンド3 の分子量は、それぞれ 100 kDa、50 kDa と見積もられる。
これは誤りです。
図ではバンド2の方が上、バンド3の方が下なので、
バンド2 ＝ 大きい分子
バンド3 ＝ 小さい分子
です。
還元するとIgGはH鎖とL鎖に分かれるので、
バンド2：H鎖約50 kDa
バンド3：L鎖 約25 kDa
となります。
なお問題文の
「バンド2とバンド3に含まれる分子数の比は1：1」
という記述も重要です。
IgG1分子1個から、
H鎖2本：L鎖2本 = 1：1
の本数比で生成するため、この結果とも一致します。
選択肢4
4 バンド3 のタンパク質は、熱変性によって切断された重鎖の断片である。
これは誤りです。
バンド3はL鎖（軽鎖）です。
熱変性やSDS処理はタンパク質の立体構造を壊しますが、
通常、ペプチド結合を切断してH鎖を断片化するわけではありません。
2-メルカプトエタノールが切るのは、
ペプチド結合ではなくジスルフィド結合
です。
したがって、
H鎖→H鎖の断片
となったわけではありません。
選択肢5
5 バンド2 とバンド3 のタンパク質は、いずれも抗原結合部位を含む。
これは正しいです。
抗体の抗原結合部位は、
・H鎖の可変部（VH）
・L鎖の可変部（VL）
が組み合わさって形成されます。
つまり、
抗原結合部位 = Ｈ鎖可変部 ＋ L鎖可変部
です。
したがって、
バンド2 ＝ H鎖 → 抗原結合部位を構成する部分を含む
バンド3 ＝ L鎖 → 抗原結合部位を構成する部分を含む
となります。
問題文の表現は「抗原に結合できる」ではなく、
「抗原結合部位を含む」であることがポイントです。
単独のH鎖やL鎖では正常な抗体と同じ抗原結合能を示すとは限りませんが、
どちらにも抗原結合部位を構成する可変部が存在します。