Giống như cỏc loại protein thụng thường khỏc, protein màng cũng cú cỏc bậc cấu trỳc: cấu trỳc bậc một, bậc hai, bậc ba và bậc bốn. Protein màng cú cả hai loại hỡnh cầu và hỡnh sợi. Cỏc phõn tử protein nhụ ra phớa ngoài màng thường liờn kết với cỏc phõn tử gluxit tạo thành cỏc glycoprotein. Cỏc glycoprotein này đúng vai trũ là cỏc kờnh truyền tớn hiệu qua màng giữa tế bào này với tế bào khỏc hoặc trong nội bộ tế bào.
Hỡnh 4.1
Sơđồ trỡnh tự sắp xếp cấu trỳc cỏc acid amin của protein xuyờn màng glycophorin A xuyờn qua màng hồng cầu 1 lần (A) và phổđiện di gel SDS- polyacrylamide của protein màng hồng cầu được nhuộm bằng Coomassie blue (theo V.Marchesi-1995)
Những protein nằm xuyờn qua lớp kộp lipid cú trỡnh tự acid amin rất đặc trưng: đú là tỷ lệ cao của cỏc acid amin kị nước (Val, Leu, Ile, Ala, Met, Trp, Phe, Pro). Khi nghiờn cứu cấu trỳc protein màng người ta cũng thường dựa vào tớnh chất này để từ trỡnh tự acid amin cú thể suy ra số lượng cỏc khu vực (domain) xuyờn màng.
Cấu trỳc khụng gian của protein xuyờn màng được đặc trưng bởi xoắn α. Một số protein xuyờn màng cũng cú cấu trỳc gấp nếp β và thường đúng vai trũ là cỏc kờnh vận chuyển nước vào và ra khỏi tế bào. Bờn trong cấu trỳc gấp nếp β thường là cỏc gốc ưa nước và bờn ngoài là cỏc gốc kị nước (liờn kết với đuụi kị nước của phospholipid). Trỏi lại, xoắn α xuyờn màng thường khụng cú cỏc khu vực (domain) ưa nước. Nhỡn chung cỏc xoắn α xuyờn màng chỉ chứa rất ớt cỏc acid amin ưa nước (khoảng 20%). Cỏc protein xuyờn màng bằng xoắn α là những thành phần quan trọng của cỏc màng sinh học và thực hiện phần lớn cỏc hoạt động chức năng của màng.
Một số protein màng cài vào lớp kộp lipid sau khi đó cuộn xoắn trong mụi trường nước. Tuy nhiờn phần lớn cỏc protein lại cần cú lớp kộp lipid rồi mới cuộn xoắn. Sau khi xuyờn qua màng, cỏc chuỗi polypeptid sẽ hoạt động độc lập hoặc liờn kết với cỏc protein khỏc của màng để hỡnh thành nờn cỏc phức hệ hoạt động chức năng (vớ dụ: phức hệ TCR, BCR, phức hệ truyền điện tử trong hụ hấp và quang hợp,...).
Tớnh chất nổi bật của cỏc protein màng là tớnh linh động. Cỏc phõn tử protein cú khả năng chuyển động quay xung quanh vị trớ của nú và chuyển dịch trong màng. Bỡnh thường cỏc phõn tử protein phõn bố ớt nhiều đồng đều, nhưng khi cú sự thay đổi nào đú của mụi trường (vớ dụ: hạ thấp độ pH, sự kớch thớch của cỏc khỏng thể, cỏc tớn hiệu của hormon hoặc cỏc cấu tử gắn ligand v.v…) thỡ cỏc phõn tử protein sẽ di chuyển tạo nờn những tập hợp. Tuy nhiờn điều đặc biệt là cỏc protein chỉ quay xung quanh vị trớ của nú và khụng bao giờ quay từ mặt này sang mặt kia của màng.
Tớnh linh động của cỏc protein màng khỏc nhau một cỏch rừ rệt. Một số protein linh động gần bằng lipid trong khi một số khỏc hầu như khụng linh động. Vớ dụ: protein thụ cảm ỏnh sỏng - Rhodopsin trờn màng tế bào vừng mạc là một protein rất linh động. Hệ số khuếch tỏn của nú vào khoảng 0,4 micromet/s. Sự di chuyển nhanh chúng của Rhodopsin rất cần thiết để cú được những tớn hiệu một cỏch kịp thời. Một loại protein khỏc là
Fibronectin, một glycoprotein ngoại vi liờn kết với dịch ngoại bào, hệ số D của nú nhỏ hơn 10-4 micromet/s. Fibronectin cú tớnh linh động thấp vỡ nú neo vào cỏc sợi actin ở mặt bờn kia của màng sinh chất thụng qua Integrin. Protein xuyờn màng này liờn kết dịch ngoại bào với bộ khung của tế bào.