構成微管的一種酸性蛋白質。是微管的主要成分。其分子量約為110 000，由α和β兩個亞基組成，亞基分子量各約50 000～60 000。在真核細胞中，微管構成細胞骨架，參與細胞和細胞器的運動，在細胞減數分裂和有絲分裂期參與染色體的運動，保持細胞形態，以及原生動物的纖毛、鞭毛的運動等。動物的纖毛和鞭毛都具有顯微結構相同的運動單元一軸纖絲，它的主要組成成分便是微管蛋白。微管蛋白在動物的腦中特別豐富，占可溶性蛋白的10%～20%。

　　豬和雞的腦微管蛋白一級結構已經測定。豬腦微管蛋白的α亞基和β亞基分別由453個和455個氨基酸殘基組成，其中41%的序列是相同的。微管蛋白組成的微管是組成神經細胞骨架的3種主要成分之一，另兩種是微絲和中間絲。在神經組織內α和β微管蛋白亞基存在多種形式。這不僅是由於α亞基和β亞基由一個多基因傢族編碼，例如果蠅有4個α微管蛋白和4個β微管蛋白基因，在嚙齒動物的神經組織中存在有4種α和5種β微管蛋白基因；而且還由於基因產物的翻譯後加工，例如所有α亞基的C端都可以被酶催化，從而可以可逆地增加或去除一個酪氨酸殘基。α亞基和β亞基均能被乙酰化、磷酸化和多聚谷氨酰化。在成年動物的神經組織中共發現存在有21種類型不同的α和β亞基。

　　微管蛋白和肌肉蛋白同屬於運動蛋白，其一級結構有許多相似之處。微管蛋白的α亞基和肌動蛋白有4個序列相同的片段，和肌球蛋白有一個序列相同的片段。微管蛋白兩個亞基的羧基末端有15個氨基酸的序列和肌鈣蛋白T亞基的非常相似，集中瞭大量的谷氨酸。

　　微管是一種外徑約為24納米，由α和β微管蛋白亞基二聚體組成的空心管。在體外，微管蛋白在含有Mg2＋和鳥苷三磷酸(GTP)的緩沖液中，能在37℃中聚合而在4℃時解聚。這種溫度依賴型的聚合和解聚，結合離心技術，可用來分離和提純微管蛋白和一些微管蛋白的結合蛋白(MAP)，並可用來研究微管的裝配及各種抑制其裝配的藥物。GTP和Mg2＋能促進微管蛋白在體外聚合而裝配成微管。微管蛋白可能在兩個位點上結合GTP，一個位於β亞基，稱為E位點，或稱可交換位點。結合此位點上的GTP可以和環境中的GTP分子交換。結合E位點的GTP在微管蛋白聚合時水解成GDP。另一N位點位於α亞基上，結合此位點的GTP既不能和環境中的GTP進行交換，而且在聚合時也不水解，可能僅起結構上的作用。GTP的水解並不是微管蛋白聚合的必要條件，因為不能水解的GTP的類似物也能促進微管的聚合。

　　微管蛋白能結合大量能抑制細胞有絲分裂的藥物，某些生物堿如秋水仙素能以1∶1的比例結合於微管蛋白的異二聚體。一些抗腫瘤藥物長春花生物堿，如Vinblastin和Vincristine能結合微管蛋白的其他位點，它能穩定和促進微管的裝配，但能抑制微管的功能。秋水仙素能抑制哺乳動物微管的形成，但不能抑制某些低等生物在體外的微管裝配。相反，另一類抑制微管裝配的藥物甲氨酸苯並咪唑化合物，如Benomyl，能特別有效抑制真菌的微管蛋白形成而不影響哺乳動物，從而Benomyl成為有用的商業上的殺真菌劑。