微管的组装与去组装

微管组织中心（microtubule-organizing center，MTOC）是真核细胞中形成微管的结构。微管组织中心的主要功能包括：组织真核细胞中鞭毛和纤毛的形成，组织真核细胞减数分裂和有丝分裂过程中纺锤体的形成。MTOC是细胞内微管成核化的主要部位，可以通过γ-微管蛋白的免疫组织化学染色方法显现出来。

微管在体外的组装过程可以分为成核和延伸两个阶段。由于缺乏中心体，微管在体外的成核过程有点特别。一些微管蛋白二聚体首先纵向聚合形成短的丝状结构，称为成核反应。微管蛋白二聚体继续添加在丝状结构的两端和两侧使之扩展成片状，当片状聚合物扩大到约13根原丝时，它们就会紧密地结合在一起，形成一段微管。新的微管蛋白二聚体不断地在微管的两端组装，使微管延长。由于微管的一端是α-微管蛋白，另一端是β-微管蛋白，因此微管蛋白二聚体在微管两端进行组装时的平衡常数不同，导致微管两端的组装速率差异很大。一般情况下，α-微管蛋白持有端（负极）组装较慢，β微管蛋白持有端（正极）组装较快。

微管的组装与其底物（携带GTP的α-/β-微管蛋白二聚体）的浓度有关。底物浓度较高时，其在微管末端组装的速度快，使微管延长。α-/β-微管蛋白二聚体组装到微管的末端后，结合在β微管蛋白上的GTP被水解为GDP。由于高能磷酸键断裂所释放的能量储存在微管结构中，这使得末端带有GDP帽（GDP-cap，D型）的微管解聚所产生的自由能的变化（ΔG）高于末端带有GTP帽（GTP-cap，T型）的微管。当体系中α-/β-微管蛋白二聚体的浓度介于这两个临界浓度之间时，末端带GDP帽的微管解聚，而带GTP帽的微管因组装而延长。微管末端β微管蛋白上GTP的水解会导致自由能和微管蛋白构象发生变化，使微管原丝的末端发生弯曲，这种状态使α-/β-微管蛋白二聚体之间的结合力下降，使之更容易发生解聚。电镜下观察正在解聚的微管可以在其末端观察到弯曲的原丝，而正在组装过程中的末端亚基的核苷酸是GTP的，这种末端的原丝是伸直的。

当组装体系中结合GTP的α-/β-微管蛋白二聚体的浓度较高，微管末端的组装速度大于GTP的水解速度时，微管的末端可以形成一个结合GTP的帽子，从而使微管稳定地延伸（图8-2-A）。反之，随着微管的组装而使底物的浓度下降时，发生在微管末端的聚合速度下降，当微管组装的速度小于β-微管蛋白上GTP水解的速度时，微管末端暴露出结合GDP的微管蛋白，它会使微管结构不稳定，从而表现出动力学的不稳定性。由于微管两端极性的不同会使微管两端组装的临界浓度有差异，所以，当组装体系内底物的浓度接近微管正极端组装所需的临界浓度，负极端已在临界浓度之下，并且可以检测到在同一根微管上，其正极端因组装而延长，而其负极端因去组装而缩短（图8-2-B）。当一端组装的速度和另一端解聚的速度相同时，微管的长度保持稳定，即所谓的“踏车行为”。(https://www.daowen.com)

图8-2　GTP与微管聚合示意图

微管的体外组装可以分为成核和延伸两个阶段。在活细胞中，启动和延伸微管成核作用的细胞结构称为微管组织中心。除了中心体，类似于微管组织中心的结构还有位于纤毛和鞭毛基部的基体等。

影响微管组装的药物主要有：①秋水仙素。秋水仙素与游离微管蛋白紧密结合，阻止其聚合成微管。不同浓度的秋水仙素对微管有不同的影响。高浓度秋水仙素处理细胞时，细胞内微管全部解聚；低浓度秋水仙素处理细胞时，微管保持稳定，细胞中期受阻。②紫杉醇。紫杉醇与微管紧密结合，可防止微管的亚基的丢失。紫杉醇被称为抗分裂剂，在医学实践中被用作抗癌药物。紫杉醇是红豆杉属植物中一种复杂的次生代谢产物。紫杉醇只与聚合的微管结合，不与未聚合的α-/β-微管蛋白二聚体发生反应。③长春碱类药物。长春碱类药物通过阻断微蛋白聚合和诱导微管解聚，使细胞分裂停止有丝分裂中期。常见的上春碱类药物有长春碱、长春新碱、长春地辛等。