结构生物学与现代药学研究--现代生物技术前沿 相关资料

第三节微管蛋白的组装动态微管蛋白在组装过程中有两种形式的动态特征，一种是发生于微管正极端的组装与去组装的动态不稳定性（dynamic instability）；另一种为正极组装与负极去组装的踏车现象（tread milling）。早在20世纪60年代就有人开始研究微管是如何形成的。最早的实验是用偏光显微镜观察有丝分裂纺锤体中的微管。人们发现低温、高压或秋水仙素可使纺锤体的双折射减弱，表明微管结构遭到了破坏；而温度回升、低压及去除秋水仙素后，纺锤体又自动形成。这种快速的恢复过程甚至在蛋白合成抑制剂存在时也能出现，说明微管的聚合不需要新的微管蛋白合成。因此，人们认为微管是微管蛋白的多聚体，这些多聚体与未聚合的微管蛋白之间存在动态平衡。这种平衡的改变调节着微管的聚合与解聚，而微管蛋白的合成与降解同微管聚合与解聚无关。20世纪70年代，体外研究模型已用于微管聚合与解聚的研究。人们发现细胞提取物在37℃、无Ca2+加入GTP的条件下，微管可自发形成。此后又有证据表明另一类蛋白质也参与微管聚合，包括Tau和微管相关蛋白质两类，它们只占微管蛋白总量的10％～15％。当温度降低微管解聚时，可发现两种类型的微管蛋白。一类是α和β微管蛋白二聚体，另一类是较大的环状或螺旋状微管蛋白聚合物。分离的环状结构能在温度升高时迅速掺入微管，而α和β微管蛋白二聚体则必须在环状结构或微管片段存在下，以其作为聚合起点才能加入到微管。后续的研究还表明分离的环状结构内含有微管相关蛋白质，而二聚体内则没有。由此可见微管相关蛋白质是微管二聚体向环状结构多聚体转化所必需的，而后者是微管聚合的中间体。显微照相发现，在微管解聚时，原丝相互分离，其末端往往弯曲形成卷曲状特别是产生类似环状的结构；反之，当微管聚合时，原丝似乎又是由展开的环状结构聚合而成。因此，微管聚合包括微管蛋白环状结构展开形成原丝，原丝再平行排列形成片状。当原丝数量达13时，片状原丝合拢成管。这一过程完成后，微管蛋白二聚体再加于微管末端，使微管不断加长（图5-3）。荧光标记微管蛋白微注射可直接观察细胞内微管蛋白的动态变化。实验发现，在任意时刻，一些微管在增长，而另一些则在缩短。如果长时间观察单根微管会发现微管的增长与缩短也是随机的。由于微管缩短发生快于其增长，许多微管最终从细胞消失，而被自微管蛋白组织中心生发出来的新微管所替代。微管的这种在增长与缩短两个时相之间所出现的延伸与退缩现象称之为微管动

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