tubulin组成微管的蛋白质称为微管蛋白。微管蛋白是球形分子，有两种类型：α微管蛋白(α-tubulin)和β微管蛋白(β-tubulin)，这两种微管蛋白具有相似的三维结构，能够紧密地结合成二聚体，作为微管组装的亚基。α亚基由450个氨基酸组成，β亚基是由455个氨基酸组成，它们的分子量约55 kDa。近年来人们又发现了γ微管蛋白，该蛋白定位于微管组织中心(microtubule organizing center, MTOC),对微管的形成、微管的数量和位置、微管极性的确定以及细胞分裂起到重要作用。

这两种亚基有35～40%的氨基酸序列同源，表明编码它们的基因可能是由同一原始祖先演变而来。另外，这两种微管蛋白与细菌中一种叫作FtsZ的GTPase(分子量为40kDa)同源，这种酶具有和微管蛋白相似的功能，能够聚合并且参与细胞分裂。α和β微管蛋白的亚基都是直径为4nm的球形分子，它们组成的异源二聚体的长度为8nm。α和β微管蛋白各有一个GTP结合位点，位于α亚基上的GTP结合位点，是不可逆的结合位点，结合上去的GTP不能被水解，也不能被GDP替换。位于β亚基上的GTP结合位点结合GTP后能够被水解成GDP，所以这个位点又称为可交换的位点(exchangeable site，E位点)。还有一种微管蛋白，即γ微管蛋白，不是微管的组成成分，但是参与微管的组装。长期以来，Tubulin一直被认为是真核生物特异性的。然而，最近，已显示几种原核蛋白与微管蛋白有关。

系一种球蛋白，是细胞内微管的基本结构单位。它是由两个蛋白质分子，即α-、β-微管蛋白分子聚合而成的异二聚体；每个这样的二聚体又与两个核苷酸分子相结合，一个是紧密结合，另一个为疏松结合，而且可以快速交换。分子量12万，沉降系数6s。微管蛋白有两个尺寸相等而结构不同的亚基(α和β)。其亚基分子量为5.5万。微管蛋白具有专一性地与某些抗有丝分裂药剂，如秋水仙碱(colchicine)、长春花碱和鬼臼素等相结合。一旦与秋水仙碱相结合后就阻止了α-、β-微管蛋白(亚单位)聚合成微管蛋白质，从而完全失去形成微管的功能。微管蛋白对于保持细胞形状、运动、胞内物质运输起到了不可或缺的作用。

α-和β-微管蛋白聚合成动态微管，这些亚基是微酸性的，等电点在5.2和5.8之间。在真核生物中，微管是细胞骨架的主要成分之一，并且在许多过程中起作用，包括结构支持，细胞内转运和脱氧核糖核酸分离。

为了形成微管，α-和β-微管蛋白的二聚体与GTP结合并在GTP结合状态下组装到微管的（+）末端。β-微管蛋白亚基暴露在微管的正端，而α-微管蛋白亚基暴露在负端。在将二聚体掺入微管后，与β-微管蛋白亚基结合的GTP分子最终通过沿着微管原丝的二聚体间接触水解成GDP。微管蛋白二聚体的β-微管蛋白成员是否与GTP或GDP结合会影响微管中二聚体的稳定性。与GTP结合的二聚体倾向于组装成微管，而与GDP结合的二聚体倾向于分裂；因此，这种GTP循环对于微管的动态不稳定性是必不可少的。

当结合到微管中时，微管蛋白积累了许多翻译后修饰，其中许多是这些蛋白质所特有的。这些修改包括detyrosination，乙酰化，polyglutamylation，polyglycylation，磷酸化，泛素化，SUMO化，和棕榈化。对一些微管中的乙酰化进行了许多科学研究，特别是α-微管蛋白N-乙酰转移酶（ATAT1），它被证明在许多生物和分子功能中发挥重要作用，它与许多人类疾病相关，特别是神经系统疾病。

在Prosthecobacter属细菌中鉴定了α-和β-微管蛋白的同系物。它们被命名为BtubA和BtubB，以将它们鉴定为细菌微管蛋白。两者都表现出与α-和β-微管蛋白的同源性。虽然结构上与真核生物微管蛋白高度相似，但它们具有几个独特的特征，包括伴侣免疫折叠和弱二聚化。电子低温显微镜表明BtubA/B形式的微管体内，并表明这些微管包括只有五个原丝，而相比之下，真核微管，其通常含有13随后体外研究表明，BtubA/B形成四链“微型微管”。

微管蛋白超家族含有六个微管蛋白（α-，β-，γ-，δ-，ε-和ζ-微管蛋白）。

α-微管蛋白

人α-微管蛋白亚型包括：

TUBA1A

TUBA1B

TUBA1C

TUBA3C

TUBA3D

TUBA3E

TUBA4A

TUBA8

β-微管蛋白

已知与人微管蛋白结合的所有药物都与β-微管蛋白结合。这些包括紫杉醇，秋水仙碱和长春花生物碱，它们各自在β-微管蛋白上具有不同的结合位点。

III类β微管蛋白是微管元件中只表示神经元，并且是特定于神经组织神经元流行标识符。它比其他同种型的β-微管蛋白更慢地结合秋水仙碱。

β1-微管蛋白，有时称为VI类β-微管蛋白，在氨基酸序列水平上最不同。它仅在人类的巨核细胞和血小板中表达，并且似乎在血小板的形成中起重要作用。当VI类β-微管蛋白在哺乳纲细胞中表达时，它们会导致微管网络的破坏，微管碎片的形成，并最终导致巨核细胞和血小板中存在边缘带状结构。

Katanin是一种蛋白质配位化合物，可在β-微管蛋白亚基上切断微管，是神经元和维管植物中快速微管运输所必需的。

人β-微管蛋白亚型包括：

TUBB

TUBB1

TUBB2A

TUBB2B

TUBB2C

TUBB3

TUBB4

TUBB4Q

TUBB6

γ-微管蛋白

γ-微管蛋白，微管蛋白家族的另一成员，在微管的成核和极性取向中是重要的。它主要存在于中心体和纺锤极体中，因为它们是最丰富的微管成核区域。在这些细胞器中，在称为γ-微管蛋白环配位化合物（γ-TuRCs）的复合物中发现了几种γ-微管蛋白和其他蛋白质分子，其在化学上模拟微管的（+）末端，从而允许微管结合。γ-微管蛋白也被分离为二聚体并且作为γ-微管蛋白小复合物（γTuSC）的一部分，在二聚体和γTuRC之间的中间尺寸。γ-微管蛋白是微管成核的最佳理解机制，但某些研究表明，某些细胞可能能够适应其缺失，正如已经抑制其正确表达的突变和RNAi研究所表明的那样。

人γ-微管蛋白亚型包括：

TUBG1

TUBG2

γ-微管蛋白环复合物的成员：

TUBGCP2

TUBGCP3

TUBGCP4

TUBGCP5

TUBGCP6

δ和ε-微管蛋白

已经发现Delta（δ）和epsilon（ε）微管蛋白定位于中心粒并且可能在中心粒结构和功能中起作用，尽管它们都没有像α-和β-形式那样被充分研究。

人δ-和ε-微管蛋白基因包括：

δ微管蛋白

TUBD1飘移大奖赛

ε微管蛋白

TUBE1

ζ-微管蛋白

Zeta-微管蛋白存在于许多真核生物中，但是其他人缺失，包括胎盘哺乳纲。已经显示它与多中心上皮细胞中的中心粒的基底组结构相关。

BtubA / B

BtubA / B存在于Verrucomicrobial属Prosthecobacter的一些细菌物种中。它们与真核微管蛋白的进化关系尚不清楚，尽管它们可能是通过侧向基因转移从真核细胞谱系中产生的。

几乎所有细菌和古菌都使用FtsZ进行分裂。这是第一个鉴定出的原核细胞骨架蛋白。

TubZ在苏云金芽孢杆菌中被鉴定为质粒维持必需的。

北京经济技术开发区在发现euryarchaeal的进化枝Methanomicrobia和副溶血弧菌，在那里它有细胞形状分化功能。