Μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη είναι μια πρωτεΐνη που εκτείνεται σε όλο το μήκος της κυτταρικής μεμβράνης. Είναι ενσωματωμένο μεταξύ των φωσφολιπιδίων, παρέχοντας ένα κανάλι μέσω του οποίου μόρια και ιόντα μπορούν να περάσουν στο κύτταρο. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες διευκολύνουν επίσης την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων αλληλεπιδρώντας με χημικούς αγγελιοφόρους. Πολλές βιολογικές διεργασίες, όπως ο μεταβολισμός της γλυκόζης και η παραγωγή λιπαρών οξέων, ενεργοποιούνται μετά την ενεργοποίηση μιας συγκεκριμένης διαμεμβρανικής πρωτεΐνης.
Ο υποδοχέας ινσουλίνης είναι ένα παράδειγμα διαμεμβρανικής πρωτεΐνης που αλληλεπιδρά με ένα χημικό αγγελιοφόρο, δηλαδή την ινσουλίνη. Ο υποδοχέας δρα ως στόχος στην επιφάνεια του κυττάρου για το μόριο της ινσουλίνης. Αφού το μόριο προσκολληθεί στον υποδοχέα, ο υποδοχέας συνήθως απελευθερώνει χημικές ουσίες που προκαλούν την κίνηση ενός μεταφορέα γλυκόζης στην επιφάνεια του κυττάρου. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να απορροφήσει μεγάλες ποσότητες γλυκόζης από το εξωτερικό περιβάλλον, οδηγώντας στο μεταβολισμό της γλυκόζης και τελικά στην παραγωγή ενέργειας.
Μια άλλη δουλειά της διαμεμβρανικής πρωτεΐνης είναι η μεταφορά ιόντων, όπως νατρίου και καλίου, μέσω της κυτταρικής μεμβράνης για τη διατήρηση του χημικού περιβάλλοντος. Ορισμένα κελιά δεν μπορούν να εκτελέσουν συγκεκριμένες εργασίες εάν τα κανάλια ιόντων δεν λειτουργούν σωστά. Ένα σημαντικό παράδειγμα για αυτό είναι τα κανάλια ιόντων των νευρικών κυττάρων με τάση. Στην κατάσταση ηρεμίας, το κανάλι ιόντων είναι τυπικά κλειστό, εμποδίζοντας τα ιόντα να διασχίσουν τη μεμβράνη. Μόλις εντοπιστεί ένα ερέθισμα, όπως ένα κόψιμο ή κάψιμο, μια νευρική ώθηση αποστέλλεται από το ένα άκρο του νευρικού κυττάρου στο άλλο άκρο. Αυτό μπορεί να συμβεί μόνο εάν τα κανάλια ιόντων ανοίξουν και επιτρέψουν στα ιόντα να ρέουν μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.
Για να οργανωθούν σωστά, τα κύτταρα απαιτούν επίσης διαμεμβρανικές πρωτεΐνες για να εξετάσουν το περιβάλλον μέσα στο οποίο βρίσκεται το κύτταρο. Για παράδειγμα, τα μυϊκά κύτταρα γενικά οργανώνονται γύρω από άλλα μυϊκά κύτταρα, ενώ τα κύτταρα του δέρματος οργανώνονται γύρω από άλλα κύτταρα του δέρματος. Οι ιντεγκρίνες είναι μια ευρεία κατηγορία διαμεμβρανικών πρωτεϊνών που εκτελούν αυτήν την οργανωτική λειτουργία. Οι ιντεγκρίνες αγκυρώνουν επίσης τα κύτταρα σε υποστρώματα, διευκολύνοντας τη μετανάστευση των κυττάρων και την επούλωση πληγών. Η ανάπτυξη, η διαίρεση και ο θάνατος ενός κυττάρου εξαρτώνται γενικά από τα σήματα που λαμβάνουν οι ιντεγκρίνες.
Μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη μπορεί να ταξινομηθεί ως άλφα ελικοειδής ή βήτα κάννη, ανάλογα με τον τρόπο οργάνωσης της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Οι άλφα ελικοειδείς πρωτεΐνες αποτελούνται από μία μόνο αλυσίδα ενώ οι πρωτεΐνες βήτα βαρέλι έχουν αρκετές πρωτεϊνικές αλυσίδες οργανωμένες η μία δίπλα στην άλλη. Η άλφα ελικοειδής πρωτεΐνη είναι γενικά κουλουριασμένη και η πρωτεΐνη βήτα βαρέλι περιστρέφεται σε μια κλειστή δομή που μοιάζει με ένα βαρέλι.