Les protéines membranaires constituent environ la moitié de la masse de la membrane plasmique. Il s'agit souvent de polypeptides très complexes qui ont deux positions essentielles :
- attachés de façon lâche à l'une ou l'autre des faces de la membrane plasmique
- traverser la membrane sous forme de structures alpha-hélicoïdales :
- appelées protéines intégrales
- peuvent traverser la membrane une seule fois ou revenir plusieurs fois, par exemple dans le cas des récepteurs de neurotransmetteurs
- les acides aminés hydrophobes interagissent avec le centre hydrophobe de la membrane
- ont tendance à être très mobiles, ce qui peut contribuer à leur fonction.
Les fonctions des protéines de la membrane plasmique comprennent
- les récepteurs de signaux extracellulaires, par exemple les hormones, les anticorps, les vésicules endocytotiques ; les résidus d'hydrates de carbone contribuent à cette fonction
- transduction d'un signal extracellulaire : la liaison d'une molécule spécifique entraîne un changement de configuration de la protéine qui modifie sa structure interne ; la formation d'un messager secondaire est ainsi déclenchée en interne
- pompes actives : utilisent de l'énergie pour éliminer certains ions ou molécules, par exemple la Na-K ATPase
- échangeurs passifs : échangent des molécules entre les environnements intracellulaire et extracellulaire
- canaux, par exemple les jonctions lacunaires
- site pour les enzymes
- protéines structurelles : jonction serrée, desmosomes ; permettent la spécialisation de régions membranaires individuelles, par exemple la différence entre les côtés apical et basal d'une cellule épithéliale de l'intestin grêle.