膜蛋白

外在膜蛋白分佈在膜的內外表面，約佔膜蛋白的20%～30%，主要在內表面，為水溶性蛋白，它通過離子鍵、氫鍵與膜脂分子的極性頭部相結合，或通過與內在蛋白的相互作用，間接與膜結合。

內在蛋白約佔膜蛋白的70%～80%，是雙親媒性分子，可不同程度的嵌入脂雙層分子中。有的貫穿整個脂雙層，兩端暴露於膜的內外表面，這種類型的膜蛋白又稱跨膜蛋白。內在膜蛋白露出膜外的部分含較多的極性氨基酸，屬親水性，與磷脂分子的親水頭部鄰近；嵌入脂雙層內部的膜蛋白由一些非極性的氨基酸組成，與脂質分子的疏水尾部相互結合，因此與膜結合非常緊密。據估計人類基因中，1/4~1/3基因編碼的蛋白質為內在膜蛋白。

脂錨定膜蛋白是通過與之共價相連的脂分子插入膜的脂雙分子中，從而錨定在細胞質膜上。

研究膜蛋白結構的技術包括 X 射線衍射、核磁共振波譜、電子顯微鏡、原子力顯微鏡、紅外光譜和圓二色譜等。其中 X 射線衍射和核磁共振波譜技術是對膜蛋白三維結構進行研究的主要方法。尤其利用固體核磁共振技術可在接近膜蛋白的天然環境的磷脂雙分子層中研究膜蛋白的三維結構信息和動力學特徵。

常用於重組膜蛋白的表達系統有真核表達系統、原核表達系統和近些年來發展的無細胞表達系統。其中以大腸桿菌（E.coli）為代表的原核表達系統因為操作簡單、成本相對低廉、遺傳背景清楚、方便同位素標記，以及有大量可利用的表達載體和宿主菌株等原因，是當下獲取重組膜蛋白的最主要途徑。對於一些膜蛋白而言，採用增加蛋白可溶性或者促使蛋白形成包涵體的標籤進行融合表達，是很好的增加蛋白產量的辦法，但是暫時還沒有普遍有效的融合標籤可用於所有膜蛋白的超量表達。

膜蛋白的功能是多方面的。膜蛋白在生物體的許多生命活動中起著非常重要的作用，如細胞的增殖和分化、能量轉換、信號轉導及物質運輸等。據估計有大約 60% 的藥物作用靶點是膜蛋白。

膜蛋白可作為“載體”而將物質轉運進出細胞。有些膜蛋白是激素或其他化學物質的專一受體，如甲狀腺細胞上有接受來自腦垂體的促甲狀腺素的受體。膜表面還有各種酶，使專一的化學反應能在膜上進行，如內質網膜上的能催化磷脂的合成等。細胞的識別功能也決定於膜表面的蛋白質。這些蛋白常常是表面抗原。表面抗原能和特異的抗體結合，如人細胞表面有一種蛋白質抗原HLA，是一種變化極多的二聚體。不同的人有不同的HLA分子，器官移植時，被植入的器官常常被排斥，這就是因為植入細胞的HLA分子不為受體所接受之故。

很多膜蛋白在脂雙層中能夠自由移動，這可通過人、鼠兩種細胞的融合后，再用其中一種細胞的抗體，比如小鼠細胞的抗體，以熒光染料染色，而後將這種帶有熒光的抗體放入融合細胞的外面介質中，抗體就會和小鼠細胞的表面抗原結合。結果小鼠細胞表面也有了熒光，而人細胞由於不合小鼠抗體結合，就沒有熒光。這樣就可以在熒光顯微鏡下分清兩種細胞的表面抗原了。實驗結果表明，細胞開始融合時，人、鼠細胞的表面抗原“涇渭分明”，各自只分佈於各自的細胞表面；但在融合之後，兩種抗原就逐漸平均分佈在融合細胞的表面了。這一實驗說明膜蛋白是可移動的，也證明了膜的流動性。不過注意，有些膜蛋白是不能移動或不能自由移動的。