Ein Tubulin ist ein kugelförmiges Protein, das normalerweise in eukaryontischen Zellen vorkommt und in vielen Formen vorkommt, die alle eine wichtige Rolle in der Struktur und Funktion der Zelle spielen. Die Alpha- und Beta-Formen dieser Proteine sind die Grundbausteine der Mikrotubuli, einer der Hauptkomponenten des Zytoskeletts einer Zelle. Gamma-Tubulin, eine dritte Form dieser Proteinfamilie, arbeitet mit anderen Proteinen zusammen, um die Bildung von Mikrotubuli in einem Prozess namens Mikrotubuli-Nukleation einzuleiten. Zwei weitere Proteine aus dieser Familie, die Delta- und Epsilon-Varianten, könnten bei der Zellmitose eine Rolle spielen, obwohl die Forschung zu diesen Proteinen nicht so umfangreich ist. Die meisten Formen von Tubulin sind als Heterodimerproteine bekannt, was bedeutet, dass sie aus zwei nicht identischen, miteinander verbundenen Polypeptidsequenzen bestehen.
Bevor die Alpha- und Beta-Formen von Tubulin arbeiten können, um Mikrotubuli in einem als Polymerisation bekannten Prozess zu erzeugen, muss die Gamma-Form zunächst ein Gerüst bereitstellen, indem sie sich mit anderen Proteinen zu einer Struktur namens Gamma-Tubulin-Ring-Komplex (y-TURc) verbindet. Sobald die y-TURc gebildet ist, kann die Polymerisation unter Verwendung der y-TURc als Plattform erfolgen. Die Gamma-Form des Proteins wird normalerweise in einer Zellorganelle gefunden, die als Zentrosom bekannt ist, das ein Mikrotubulus-Organisationszentrum (MTOC) ist.
Der Polymerisationsprozess findet normalerweise in einem MTOC statt und beinhaltet die Bindung der Alpha- und Beta-Proteinformen an ein Nukleotid, das als Guanosintriphosphat (GTP) bekannt ist. Während sie an GTP gebunden sind, ordnen sich Tubulindimere in langen Polymerketten, den sogenannten Protofilamenten, an, die durch abwechselnde Alpha- und Beta-Proteinformen angeordnet sind. Diese Protofilamente werden dann zusammen in die Hohlfasern gepackt, die Mikrotubuli sind. Mikrotubuli sind ein wichtiger Bestandteil des Zytoskeletts einer Zelle und spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Form und Struktur der Zelle. Sie sind in der Lage, die Formation zu verschieben, um die Ausführung von Zellfunktionen wie Mitose und Vesikeltransport zu unterstützen, teilweise aufgrund der flexiblen Natur von Alpha- und Beta-Tubulin.
Früher dachte man, dass diese Proteine nur in eukaryontischen Zellen vorkommen. In den 1950er Jahren wurde jedoch entdeckt, dass prokaryontische Zellen, insbesondere Bakterien, ein Protein namens Filamenting Temperature-sensitive Mutant Z (FtsZ) besitzen, das zur Tubulinfamilie von Proteinen homolog ist. FtsZ wird vom ftsZ-Gen kodiert und ist Bestandteil des prokaryotischen Zytoskeletts. Es spielt eine Rolle bei der prokaryotischen Zellteilung und bildet eine Struktur namens FtsZ-Ring, die für die Bildung neuer Zellwände von entscheidender Bedeutung ist. Der FtsZ-Ring wird auch in einigen eukaryontischen Zellen zur Teilung von Chloroplasten und einigen Mitochondrienarten verwendet.