微管蛋白的动态组装与调节

1.微管的体外组装 在体外适宜的温度、pH、微管蛋白临界浓度（1 mg/ml）、Mg2+存在及GTP提供能量下，微管能进行自我装配。α微管蛋白和β微管蛋白组成的异二聚体当与GTP结合后被激活，可高亲和性地添加于微管的两端；已聚合于微管两端的GTP-异二聚体可被水解成GDP-异二聚体而表现为亲和性下降，容易脱落。

微管的组装分为成核期、生长期和平衡期（图1-8-3）。①成核期：激活的α、β微管蛋白异二聚体聚合成寡聚体核心；接着更多的异二聚体连接于寡聚体核心的两端及侧面，使之扩展成片状结构，当加宽到13根原纤维时即卷曲、合拢成一段微管。②生长期：微管两端组装的速度不同，组装快的一端称为正端（+），随着GTP-异二聚体的不断聚合，在微管末端逐渐形成一个GTP帽的结构，防止微管解聚，因此正端微管逐渐增长；组装慢的一端称为负端（-），末端GTP-异二聚体的添加速度小于GDP-异二聚体的解聚速度，GTP帽变小，微管不断缩短。这种一端延长，另一端缩短的交替现象称为踏车现象（tread milling）（图1-8-4）。当微管正端的聚合速度大于负端的解聚速度时，微管不断加长；同时，微管正端与负端的装配特性也赋予微管以极性的特征。③稳定期：随着游离微管蛋白浓度的降低，微管正端的聚合速度与负端的解聚速度达到平衡，微管长度趋于相对稳定。

图1-8-3　微管的体外组装过程(https://www.daowen.com)

图1-8-4　微管的踏车现象

2.微管的体内组装 微管的体内组装始于微管组织中心（microtubule organizing center，MTOC），即细胞的中心体与动粒（染色体与纺锤丝相连的部位）。在MTOC中发现了另外一种微管蛋白——γ微管蛋白构成的环状复合体（γ-tubulin ring complex，γ-TuRC），γ-TuRC一方面像“种子”一样，成为异二聚体结合的核心，启动微管的组装；另一方面像“帽子”一样，保护微管负端的稳定性。MTOC决定了细胞微管的极性，即微管的负端指向微管组织中心，正端指向细胞周边。

3.微管组装的调节 微管的组装受GTP、微管蛋白的浓度、温度、pH、离子等多种因素影响，如当微管蛋白的临界浓度约为1 mg/ml，有Mg2+、无Ca2+、pH6.9、37℃的缓冲液中，异二聚体同GTP结合后被激活，开始微管的组装。此外，一些药物也影响微管组装与稳定，如紫杉醇能与微管紧密结合，加速微管的聚合；秋水仙素与长春碱则能抑制微管聚合、促进微管的解聚。