結構生物化學/蛋白質/細菌內膜蛋白的組裝
許多膜蛋白形成多個亞基蛋白複合體。它們具有整合亞基和外周亞基。稱為 Sec 轉運酶和 YidC 插入酶的酶將細菌膜蛋白插入內膜。這個過程在 YidC 和磷脂磷脂醯乙醇胺的幫助下完成。甘氨酸拉鍊和其他基序也有助於跨膜-跨膜螺旋相互作用，這些相互作用可以形成膜蛋白的α螺旋束。當膜插入發生時或膜插入發生後，寡聚膜蛋白的亞基必須能夠找到彼此以構建同寡聚體和異寡聚體膜複合體。即使伴侶蛋白可以作為組裝因子構建寡聚體，但許多蛋白質寡聚體似乎自發摺疊和寡聚化。實驗表明，許多異寡聚體的亞基按照順序和模式化的途徑進行構建，以建立膜蛋白複合體。如果插入的蛋白質錯誤摺疊或膜蛋白組裝不正確，質量控制機制會使蛋白質失活。
膜蛋白可以在細胞內執行各種各樣的功能，從代謝物交換到細胞訊號傳導和神經傳導。它們還可以充當 ATP 酶、電子載體、離子通道、轉運蛋白、脫落酶和光合反應中心。它們在真核細胞和原核細胞中都很豐富，約佔總蛋白量的 20% 到 30%。
許多整合內膜蛋白是具有α螺旋膜跨越區域的α螺旋束。先進的研究表明，膜蛋白的結構不僅具有直線型的膜跨越螺旋，而且還具有部分跨越膜的非常彎曲的螺旋。α螺旋膜蛋白可以以單體或多聚體複合體的形式存在。
為了保證膜蛋白的行為和功能正常，必須將它們指導到細胞中預定的膜，然後將其插入並摺疊成合適的結構。真核細胞中的膜靶向是必需的，而且比真細菌更復雜。真核細胞必須指導至少 10 個膜，而真細菌只必須分別指導革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌中的 1 或 2 個膜。在靶向後，膜蛋白整合和拓撲發生由拓撲發生序列和轉運蛋白的協調過程指導。在這個過程中，跨膜片段和膜外環會摺疊。
細菌內膜蛋白組裝到膜中的過程非常複雜。此外，控制蛋白靶向和插入膜、α螺旋束摺疊以及組裝成寡聚膜蛋白複合體的機制將在更深入地探討。
新生鏈到膜的靶向最初發生在蛋白質合成過程中。它發生得非常早，甚至早於多肽從核糖體通道中出現。這些新生鏈已經可以在核糖體中發出訊號，這是訊號識別顆粒的要求。訊號識別顆粒由蛋白成分 Fth 和 4.5S RNA 組成。SRP 與膜蛋白的疏水部分結合，這些部分從核糖體在膜表面出現。SRP 相互作用區域最常見的是第一個 TM 區域，但它也可以更遠，並且與 TM 片段不同。透過研究結構，已經表明 SRP M 結構域中的一個凹槽與非極性片段結合。
當 SRP- 核糖體新生鏈複合體被其受體 FTsy 靶向時，會形成 SRP/FTsy 複合體。複合體的解構和靶向蛋白質的釋放需要 GTP 水解。SRP 和 FSty 最初以 GTP 結合的形式開始，然後透過其 NG 結構域的相互作用構建成複合體。Ffh 和 FTsy 的一個共同特徵是它們都具有兩個同源結構域和一個不同的結構域。透過分析 Ffh 和 FtsY NG 結構域複合體的結構，發現了一個有趣的現象，即在 Ffh/FtsY 異二聚體中存在一個共享的複合活性位點區域，它與兩個結合的核苷酸結合。在 GTP 水解過程之後，膜蛋白-新生鏈複合體被髮送到 SecYEG 轉運通道，SRP 和 FtsY 彼此分離，這使得 SRP 能夠迴圈利用並在另一輪 SRP 靶向中相互作用。這種將新生鏈傳送到轉運通道的過程在 FtsY 與 SecY 的相互作用的幫助下完成。
酶轉運酶和插入酶必須將新合成的蛋白質放入膜中。在細菌中，已經描述和分析了 SecYEG 轉運酶和 YidC 插入酶。結果表明，它們在重構的系統中都表現出它們的轉運和插入功能。此外，它們是細菌生命所必需的過程。
酶 Sec 轉運酶催化細菌膜蛋白的插入。Sec 轉運酶由膜嵌入的 SeYEG 和 SecDFyajC 複合體組成，以及外周膜成分 SecA。SecYEG 提供蛋白質傳導通道。這是轉運所必需的，並使膜蛋白插入更加有效。Sec，也稱為馬達 ATP 酶，對於前蛋白跨膜轉運和膜蛋白特定親水區域的轉運至關重要。SecA 利用 ATP 水解來推動插入的多肽鏈同時穿過 Sec 通道 20 到 30 個殘基。
蛋白質輸出研究領域的一項重大發現是，SecY 複合體的結構是從一種名為甲烷嗜熱菌的酶中確定的。這種酶由 SecYEBeta 組成。SecBeta 與真細菌 SecG 沒有序列同源性，但它與真核生物 Sec61Beta 有序列同源性。SecY 通道包含一個沙漏狀結構，其中心有一個疏水狹窄部分，大小約為 3 到 5 A。SecYEbeta 內的狹窄收縮將膜的周質和胞質區域的內部親水腔分開。這個狹窄區域由一個疏水孔環組成，該環由 4 個異亮氨酸殘基、一個纈氨酸和一個亮氨酸殘基組成。此外，這些氨基酸的脂肪族側鏈彼此指向，從而在多肽鏈的親水區域在跨膜轉運過程中被轉運時，形成一個疏水性領子。
根據晶體結構，SecY 通道處於封閉狀態，其孔環被腔面上的一個螺旋封閉。當 Sec 通道透過訊號肽與 SecY TM2-TM7 區域結合開啟時，塞子會從通道位置移開約 20 A，靠近 SecE 螺旋。
SecY 通道的另一個重要方面是側門。它旨在讓插入的膜蛋白的 Tm 區域從通道橫向釋放出來，並將其分裂成脂質相。側門位於 Sec61alpha (SecY) 的 SecY TM2 和 TM7 的表面，位於 Sec 通道的正面。以前，Sec61Alpha 的 TM2 和 TM7 被認為形成訊號肽結合區域，因為前蛋白的訊號肽可以在翻譯後轉運過程中潛在地與這些 Tm 部分交聯。當多肽鏈的轉運發生時，側門會開啟。側門的開啟具有重要意義，因為透過二硫鍵交聯鎖定側門不允許大腸桿菌中 SecA 介導的前蛋白轉運。
理解 SecA 如何與 SecY 通道協同作用，將膜蛋白的親水域跨膜轉運，這一點非常重要。來自嗜熱棲熱菌的 SecA/SecYEG 的 4.5 埃結構有助於解釋這一過程。首先，一個 SecA 分子與結構中的一個 SecY 通道結合。SecA 平躺於 SecY 通道上，與膜表面大致平行。值得注意的是，SecYEG 通道的開口處有一個由 SecA 的兩個螺旋構成的指狀結構域，可以用來將底物轉運到通道中。
YidC 插入酶很重要，因為它的作用是將微小的蛋白質嵌入膜中。研究發現 YidC 影響膜蛋白的插入。當細胞中的 YidC 含量減少時，獨立於 Sec 的蛋白質的插入速度減慢，並被抑制。以前人們認為這些蛋白會自發嵌入膜中。
透過實驗，人們認為 YidC 影響獨立於 Sec 的底物的插入過程。利用無細胞體系進行的化學交聯研究表明，卡在膜蛋白插入不同階段的膜蛋白會與 YidC 相互作用。含有 YidC 的脂質囊泡足以插入獨立於 Sec 的 Pf3 衣殼蛋白和 ATP 合成酶亞基 c。研究發現 Pf3 衣殼蛋白會附著在 YiDC 上。這會導致 YidC 蛋白的構象發生顯著變化。
許多重要的膜蛋白會多次跨越脂質雙層。它們以一種方式跨越，使得連續的跨膜片段以 α 螺旋的交替 N 到 C 和 C 到 N 取向排列。跨膜片段透過胞質和周質環連線在一起。這些環主要是疏水的，並且大小和電荷不同。小的環會將兩個螺旋連線在一起。另一方面，大而長的環會透過摺疊形成不同的結構域。這在蛋白質的行為和功能中起著作用。