Η τουμπουλίνη είναι μια σφαιρική πρωτεΐνη, που συνήθως βρίσκεται στα ευκαρυωτικά κύτταρα, η οποία έρχεται σε πολλές μορφές, όλες παίζουν ζωτικό ρόλο στη δομή και τη λειτουργία του κυττάρου. Οι μορφές άλφα και βήτα αυτών των πρωτεϊνών είναι τα βασικά δομικά στοιχεία των μικροσωληνίσκων, ένα από τα κύρια συστατικά του κυτταροσκελετού ενός κυττάρου. Η γάμπα τουμπουλίνη, μια τρίτη μορφή αυτής της οικογένειας πρωτεϊνών, συνεργάζεται με άλλες πρωτεΐνες για να ξεκινήσει τη δημιουργία μικροσωληνίσκων σε μια διαδικασία που ονομάζεται πυρήνωση μικροσωληνίσκων. Δύο ακόμη πρωτεΐνες αυτής της οικογένειας, οι ποικιλίες δέλτα και έψιλον, μπορεί να διαδραματίσουν ρόλο στη μίτωση των κυττάρων, αν και η έρευνα για αυτές τις πρωτεΐνες δεν είναι τόσο εκτεταμένη. Οι περισσότερες μορφές τουμπουλίνης είναι γνωστό ότι είναι ετεροδιμερές πρωτεΐνες, πράγμα που σημαίνει ότι αποτελούνται από δύο μη ταυτόσημες πολυπεπτιδικές αλληλουχίες συνδεδεμένες μεταξύ τους.
Πριν αρχίσουν να λειτουργούν οι άλφα και βήτα μορφές τουμπουλίνης δημιουργώντας μικροσωληνίσκους σε μια διαδικασία γνωστή ως πολυμερισμός, η μορφή γάμμα πρέπει πρώτα να παρέχει ένα πλαίσιο συνδυάζοντας με άλλες πρωτεΐνες για να σχηματίσει μια δομή που ονομάζεται σύμπλεγμα δακτυλίου γάμμα τουμπουλίνης (y-TUrc). Μόλις σχηματιστεί το y-TUrc, μπορεί να συμβεί πολυμερισμός χρησιμοποιώντας το y-TUrc ως πλατφόρμα. Η γάμμα μορφή της πρωτεΐνης βρίσκεται συνήθως σε ένα κυτταρικό οργανίδιο γνωστό ως κεντρόσωμα, το οποίο είναι ένα κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων (MTOC).
Η διαδικασία πολυμερισμού πραγματοποιείται συνήθως σε ένα MTOC και περιλαμβάνει τις μορφές πρωτεΐνης άλφα και βήτα που συνδέονται με ένα νουκλεοτίδιο γνωστό ως τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP). Ενώ συνδέονται με το GTP, τα διμερή τουμπουλίνης τοποθετούνται σε μακριές πολυμερείς αλυσίδες που ονομάζονται πρωτόνημα, τα οποία διατάσσονται εναλλάσσοντας τις μορφές πρωτεΐνης άλφα και βήτα. Αυτά τα πρωτόνημα στη συνέχεια συσκευάζονται μαζί στις κοίλες ίνες που είναι μικροσωληνίσκοι. Οι μικροσωληνίσκοι είναι ένα σημαντικό μέρος του κυτταροσκελετού ενός κυττάρου, παίζοντας ζωτικό ρόλο στη διατήρηση του σχήματος και της δομής του κυττάρου. Είναι σε θέση να μετατοπίσουν τον σχηματισμό για να βοηθήσουν στην εκτέλεση κυτταρικών λειτουργιών όπως η μίτωση και η μεταφορά των κυστιδίων, εν μέρει λόγω της ευέλικτης φύσης της άλφα και της βήτα τουμπουλίνης.
Κάποτε θεωρήθηκε ότι αυτές οι πρωτεΐνες εμφανίστηκαν μόνο σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Ωστόσο, στη δεκαετία του 1950, ανακαλύφθηκε ότι τα προκαρυωτικά κύτταρα, συγκεκριμένα τα βακτήρια, διαθέτουν μια πρωτεΐνη που ονομάζεται Filamenting ευαίσθητη στη θερμοκρασία μεταλλαγμένη Ζ (FtsZ) και είναι ομόλογη με την οικογένεια των πρωτεϊνών τουμπουλίνης. Το FtsZ κωδικοποιείται από το γονίδιο ftsZ και αποτελεί συστατικό του προκαρυωτικού κυτταροσκελετού. Παίζει ρόλο στην προκαρυωτική κυτταρική διαίρεση, δημιουργώντας μια δομή που ονομάζεται δακτύλιος FtsZ που είναι ζωτικής σημασίας για το σχηματισμό νέων κυτταρικών τοιχωμάτων. Ο δακτύλιος FtsZ χρησιμοποιείται επίσης σε ορισμένα ευκαρυωτικά κύτταρα για τη διαίρεση χλωροπλαστών και ορισμένων ποικιλιών μιτοχονδρίων.