막 단백질(膜蛋白質, 영어: membrane protein)은 생체막의 일부분이거나 생체막과 상호작용하는 단백질이다. 여기에는 막의 일부분이거나 막에 영구적으로 부착된 내재성 막 단백질과 일시적으로 인지질 이중층 혹은 다른 내재성 막 단백질에 부착되는 외재성 막 단백질이 포함된다. 내재성 막 단백질은 막을 가로지르는 막관통 단백질과 막의 한 쪽에만 부착된 내재성 단일체 단백질(integral monotopic protein)로 분류된다. 막 단백질은 용해성이 있는 구형 단백질, 섬유질 단백질, 무질서한 단백질과 마찬가지로 단백질의 일반적인 유형이다. 대부분의 게놈에서 모든 유전자의 20~30%가 막 단백질을 암호화한다고 추측된다.
다른 단백질과 비교하여, 막 단백질 구조의 결정은 자연환경과 분리된 단백질의 올바른 형태가 보존되는 실험조건을 설정하기 어렵기 때문에 많은 부분에서 문제로 남아있다.
기능
막 단백질은 생물체의 생존에 필수적인 다양한 기능을 수행한다.
- 수용체 막 단백질은 세포의 내부 및 외부 환경 사이에서 신호를 전달한다.
- 수송 단백질은 막을 가로질러 분자와 이온을 이동시킨다.
- 막 효소는 산화환원효소, 전이효소 또는 가수분해효소와 같은 많은 활성을 가질 수 있다.
- 세포 접착 분자는 세포가 서로를 확인하고 상호작용하도록 한다. 예를 들어, 면역 반응에 관련된 단백질이 포함된다.
내재성 막 단백질
내재성 막 단백질은 막에 영구적으로 부착되어 있다. 이러한 단백질은 세제, 비극성 물질 혹은 때때로 변성제를 사용하여 생물학적 막으로부터 분리될 수 있다. 아직 기능적으로 특성화되지 않은 이러한 유형의 단백질의 한 예가 SMIM23이다. 이들은 인지질 이중층과의 관계에 따라 분류될 수 있다.
- 막 관통 단백질이라고 알려진 내재성 복합체 단백질(integral polytopic proteins)은 적어도 한 번 막을 가로지르는 내재성 막 단백질이다.
이러한 단백질은 상이한 막 관통 구조를 가질 수 있다. 이러한 단백질은 두 가지 구조 중 하나를 가지고 있다.
- 내재성 단일체 단백질(integral monotopic proteins)은 오직 막의 한쪽 면에만 부착되고 전체를 가로지르지 않는 내재성 막 단백질이다.
외재성 막 단백질
외재성 막 단백질은 소수성 상호작용, 정전기적 결합과 다른 비공유 상호작용에 의해 인지질 이중층 혹은 내재성 막 단백질에 일시적으로 부착된다. 외재성 막 단백질은 높은 pH 또는 높은 염 농도를 갖는 용액과 같은 극성 시약을 처리한 후에 해리된다.
내재성 막 단백질과 외재성 막 단백질들은 지방산 또는 프레닐 사슬 또는 인지질 이중층에 고정화된 GPI(glycosylphosphatidylinositol)와 함께 번역 후 변형될 수 있다.
폴리펩타이드 독소들
폴리펩타이드 독소들과 colicins 또는 hemolysins와 같은 많은 항균 펩타이드와 세포자살과 관련된 특정 단백질들은 때때로 분리된 범주로 여겨진다. 이러한 단백질들은 수용성이지만 비가역적으로 인지질 이중층과 결합할 수 있고 가역적 혹은 비가역적으로 막과 결합된다.
게놈
모든 단백질에서 많은 부분은 막 단백질이라고 추정된다. 예를 들어, 대장균의 약 4,200개 단백질 중 약 1,000개가 막 단백질로 추정된다. 막의 위치는 실험적으로 600개 이상 확인되었다. 막에서 단백질의 위치는 단백질 서열의 소수성 분석, 즉 소수성 아미노산 서열의 위치파악을 사용하여 매우 신뢰성 있게 예측할 수 있다.
종류
- 내재성 막 단백질 (integral membrane protein)
- 외재성 막 단백질 (peripheral membrane protein)
- 막관통 단백질 (transmembrane protein)
- 막 당단백질 (membrane glycoprotein)
- 지질 고정 막 단백질 (lipid anchored membrane protein)