真核生物および古細菌におけるタンパク質合成の基本計画は細菌におけるそれと同様である。 主要な構造的・機構的テーマは、生命のすべての領域で繰り返されている。 しかし、真核生物のタンパク質合成は、原核生物のタンパク質合成よりも多くのタンパク質成分を含み、いくつかのステップはより複雑である。 注目すべき類似点と相違点は以下のとおりである：
リボソーム。 真核生物のリボソームはより大きい。 60S大サブユニットと40S小サブユニットからなり、原核生物の70Sリボソームが2700kdであるのに対し、80S粒子は4200kdの質量を持っている。 40Sサブユニットには、原核生物の16S RNAと相同性のある18S RNAが含まれている。 60Sサブユニットには3つのRNAがあり、5Sと28S RNAは原核生物の5Sと23Sに相当する分子で、5.8S RNAは真核生物に特有である。 真核生物では、開始アミノ酸はN-ホルミルメチオニンではなく、メチオニンである。 しかし、原核生物と同様、特殊なtRNAがイニシエーションに関与している。 このアミノアシルtRNAはMet-tRNAiまたはMet-tRNAfと呼ばれる（添え字のiは開始を意味し、fはin vitroでホルミル化できることを示す）。 真核生物の開始コドンは常にAUGである。 原核生物とは対照的に、真核生物は開始コドンを内部コドンと区別するために、5′側のプリンに富んだ特定の配列を用いない。 その代わりに、通常、mRNAの5′末端に最も近いAUGが開始点として選択される。 40Sリボソームは真核生物mRNAの5末端のキャップに付着し（セクション28.3.1）、3方向に一歩一歩移動しながらAUGコドンを探す（図29.33）。 真核生物のタンパク質合成におけるこの走査過程は、ATPを加水分解するヘリカーゼによって駆動される。 Met-tRNAiのアンチコドンがmRNAのAUGコドンと対になることで、標的が見つかったことを知らせる。 真核生物のmRNAは、ほとんどの場合、開始点が1つしかないため、1つのタンパク質の鋳型となる。 一方、原核生物のmRNAは、複数のシャイン・ダルガーノ配列、すなわち開始部位を持つことができ、複数のタンパク質の合成の鋳型となることができる。 真核生物は原核生物よりも多くの開始因子を利用し、それらの相互作用はより複雑である。 接頭辞eIFは真核生物開始因子を示す。 例えば、eIF-4Eは7-メチルグアノシンキャップ（28.3.1項）に直接結合するタンパク質であるのに対し、eIF-4Aはヘリカーゼである。 原核生物と真核生物の間の開始機構の違いは、一つにはRNAプロセシングの違いの結果である。 原核生物では、mRNAの5′末端は転写直後からリボソームが容易に利用することができる。 一方、真核生物では、翻訳が開始される前にプレmRNAが処理され、細胞質へ輸送される必要がある。 そのため、複雑な二次構造を形成する機会が十分にあり、成熟mRNAのシグナルを露出させるために取り除かなければならない。 5′キャップは、容易に認識できる出発点を提供する。 さらに、真核生物の翻訳開始の複雑さは、第31章でさらに探求することになる、遺伝子発現の別のメカニズムを提供する。 真核生物の伸長因子EF1αとEF1βγは原核生物のEF-TuとEF-Tsに対応するものである。 GTP型のEF1αはアミノアシルtRNAをリボソームのA部位に運び、EF1βγはGTPと結合したGDPとの交換を触媒する。 真核生物のEF2は、原核生物のEF-Gとほぼ同様に、GTP駆動の転移を媒介する。 真核生物の終結は、原核生物では2つあるのに対し、1つの放出因子eRF1によって行われる。 最後に、eIF3は原核生物の対応するIF3と同様に、開始複合体が存在しない場合にリボソームサブユニットの再集合を阻止する。 真核生物では、翻訳開始は40SサブユニットとMet-tRNAiを含む5′キャップ上の複合体の組み立てで始まる。 この複合体はATP加水分解によって駆動され、最初のAUGまでmRNAを走査する（詳細）
29.5.1. 多くの抗生物質はタンパク質合成を阻害することによって働く
真核生物と原核生物のリボソームの違いは、抗生物質の開発に利用することができる（表29.4）。 例えば、抗生物質のピューロマイシンは原核生物の新生ポリペプチド鎖を合成が完了する前に放出させることにより、蛋白質合成を阻害する。 ピューロマイシンはアミノアシルtRNAの末端アミノアシル-アデノシン部分のアナログである（図29.34）
表29.4
タンパク質合成の抗生物質阻害物質。
図29.34
プロマイシンの抗生物質作用。 ピューロマイシンはアミノアシルtRNAのアミノアシル末端に似ている。 そのアミノ基は成長するポリペプチド鎖のカルボニル基と結合して付加体を形成し、リボソームから解離する。 この付加体が安定なのは、(さらに…)
リボソームのA部位に結合して、アミノアシルtRNAの進入を阻害するためである。 さらに、ピューロマイシンはα-アミノ基を持つ。 このアミノ基は、アミノアシルtRNA上のアミノ基と同様に、成長するペプチド鎖のカルボキシル基とペプチド結合を形成している。 ストレプトマイシンは、高度に塩基性の三糖であり、リボソームへのホルミルメチオニルtRNAの結合を妨害し、それによってタンパク質合成の正しい開始を妨げる。 ネオマイシン、カナマイシン、ゲンタマイシンなどのアミノグリコシド系抗生物質は、30Sサブユニットの16S rRNAのヌクレオチド1492付近にあるデコーディングサイトに干渉する（セクション29.3.9）。 クロラムフェニコールは、ペプチジルトランスフェラーゼ活性を阻害することにより作用する。 エリスロマイシンは、50Sサブユニットに結合し、転座を阻害する。 最後にシクロヘキサミドは真核生物のリボソームのペプチジルトランスフェラーゼ活性を阻害し、真核細胞のタンパク質合成を阻害する有用な実験道具となる
29.5.2. ジフテリア毒素はトランスロケーションを阻害することによって真核生物のタンパク質合成をブロックする
ジフテリアは有効な予防接種が登場する以前は小児期の主な死因であった。 この病気の致死的な作用は、主に感染者の上気道で増殖する細菌、コリネバクテリウム・ジフテリアが産生するタンパク質毒素に起因している。 毒素をコードする遺伝子は、C. diphtheriaeのいくつかの株が保有する溶菌性ファージに由来している。 ジフテリア毒素は、タンパク質合成を阻害するため、無免許の場合、通常、数マイクログラムで致死する。 この毒素は、標的細胞に入った直後に21kdのA断片と40kdのB断片に切断される。 毒素のA断片はタンパク質合成装置の重要な構成要素の共有結合による修飾を触媒し、B断片はA断片が標的細胞の細胞質内に入ることを可能にする
細胞質内の毒素の単一のA断片は細胞を殺すことができる。 なぜそんなに致死的なのだろうか。 Aフラグメントの標的は、真核生物のタンパク質合成において転座を触媒する伸長因子であるEF2である。 EF2はジフタミドという、ヒスチジンが翻訳後修飾されてできる機能未知の珍しいアミノ酸残基を含んでいる。 Aフラグメントは、NAD+のアデノシン二リン酸リボースユニットをジフタミド環の窒素原子に転移することを触媒している（図29.35）。 EF2の一本の側鎖のADPリボシル化は、成長するポリペプチド鎖の移送を遂行するEF2の能力を阻害する。 ジフテリア毒素の顕著な毒性を説明するために、タンパク質合成は停止する。
図 29.35
ジフテリア毒素による転移の阻止。 ジフテリア毒素は、NAD+から伸長因子2（トランスロカーゼ）の修飾アミノ酸残基であるジフタミドへのADP-リボースユニットの転移を触媒することにより、真核生物のタンパク質合成をブロックしている。 ジフタミド (more…)