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膜結(jié)構(gòu)中含有蛋白質(zhì)早已證實，但有興趣的問題是膜中蛋白質(zhì)究以何種形式存在。70年代以前，多數(shù)人主張蛋白質(zhì)是平鋪在脂質(zhì)雙分子層的內(nèi)外兩側(cè)，后來證明，蛋白質(zhì)分子是以а-螺旋或球形結(jié)構(gòu)分散鑲嵌在膜的脂質(zhì)雙分子層中。

膜蛋白質(zhì)主要以兩種形式同膜脂質(zhì)相結(jié)合：有些蛋白質(zhì)以其肽鏈中帶電的氨基酸或基團，與兩側(cè)的脂質(zhì)極性基團相互吸引，使蛋白質(zhì)分子像是附著在膜的表面。這稱為表面蛋白質(zhì);有些蛋白質(zhì)分子的肽鏈則可以一次或反復多次貫穿整個脂質(zhì)雙分子層，兩端露出在膜的兩側(cè)，這稱為結(jié)合蛋白質(zhì)。在用分子生物學技術確定了一個蛋白質(zhì)分子或其中亞單位的一級結(jié)構(gòu)、即肽鏈中不同氨基酸的排列順序后，發(fā)現(xiàn)所有結(jié)合蛋白質(zhì)的肽鏈中都有一個或數(shù)個主要由20-30個疏水性氨基酸組成的片段。這些氨基酸又由于所含基團之間的吸引而形成а-螺旋，即這段肽鏈沿一條軸線盤旋，形成每一圈約含3.6個氨基酸殘基的螺旋，螺旋的長度大致相當于膜的厚度，因而推測這些疏水的а螺旋可能就是肽鏈貫穿膜的部分，它的疏水性正好同膜內(nèi)疏水性烴基相吸引。這樣，肽鏈中有幾個疏水性а-螺旋，就可能幾次貫穿膜結(jié)構(gòu);相鄰的а-螺旋則以位于膜外側(cè)和內(nèi)側(cè)的不同長度的直肽鏈連接。

膜結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)，具有不同的分子結(jié)構(gòu)和功能。生物膜所具有的各種功能，在很大程度上決定于膜所含的蛋白質(zhì);細胞和周圍環(huán)境之間的物質(zhì)、能量和信息交換，大都與細胞膜上的蛋白質(zhì)分子有關。

由于脂質(zhì)分子層是液態(tài)的，鑲嵌在脂質(zhì)層中的蛋白質(zhì)是可移動的，即蛋白質(zhì)分子可以在膜脂分子間橫向漂浮移位;不同細胞膜中的不同蛋白質(zhì)分子的移動和所在位置，存在著精細的調(diào)控機制。例如，骨骼肌細胞膜中與神經(jīng)肌肉間信息傳遞有關的通道蛋白質(zhì)分子，通常都集中在肌細胞膜與神經(jīng)未梢分布相對應的那些部分;而在腎小管和消化管上皮細胞，與管腔相對的膜和其余部分的膜中所含的蛋白質(zhì)種類大不相同，說明各種功能蛋白質(zhì)分子并不都能在所在的細胞膜中自由移動和隨機分布，而實際存在著的有區(qū)域特性的分布，顯然同蛋白質(zhì)完成其特殊功能有關。膜內(nèi)側(cè)的細胞骨架可能對某種蛋白質(zhì)分子局限在膜的某一特殊部分起著重要作用。