结构生物化学/蛋白质/细菌内膜蛋白的组装
许多膜蛋白形成多个亚基蛋白复合体。它们具有整合亚基和外周亚基。称为 Sec 转运酶和 YidC 插入酶的酶将细菌膜蛋白插入内膜。这个过程在 YidC 和磷脂磷脂酰乙醇胺的帮助下完成。甘氨酸拉链和其他基序也有助于跨膜-跨膜螺旋相互作用，这些相互作用可以形成膜蛋白的α螺旋束。当膜插入发生时或膜插入发生后，寡聚膜蛋白的亚基必须能够找到彼此以构建同寡聚体和异寡聚体膜复合体。即使伴侣蛋白可以作为组装因子构建寡聚体，但许多蛋白质寡聚体似乎自发折叠和寡聚化。实验表明，许多异寡聚体的亚基按照顺序和模式化的途径进行构建，以创建膜蛋白复合体。如果插入的蛋白质错误折叠或膜蛋白组装不正确，质量控制机制会使蛋白质失活。
膜蛋白可以在细胞内执行各种各样的功能，从代谢物交换到细胞信号传导和神经传导。它们还可以充当 ATP 酶、电子载体、离子通道、转运蛋白、脱落酶和光合反应中心。它们在真核细胞和原核细胞中都很丰富，约占总蛋白量的 20% 到 30%。
许多整合内膜蛋白是具有α螺旋膜跨越区域的α螺旋束。先进的研究表明，膜蛋白的结构不仅具有直线型的膜跨越螺旋，而且还具有部分跨越膜的非常弯曲的螺旋。α螺旋膜蛋白可以以单体或多聚体复合体的形式存在。
为了保证膜蛋白的行为和功能正常，必须将它们指导到细胞中预定的膜，然后将其插入并折叠成合适的结构。真核细胞中的膜靶向是必需的，而且比真细菌更复杂。真核细胞必须指导至少 10 个膜，而真细菌只必须分别指导革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中的 1 或 2 个膜。在靶向后，膜蛋白整合和拓扑发生由拓扑发生序列和转运蛋白的协调过程指导。在这个过程中，跨膜片段和膜外环会折叠。
细菌内膜蛋白组装到膜中的过程非常复杂。此外，控制蛋白靶向和插入膜、α螺旋束折叠以及组装成寡聚膜蛋白复合体的机制将在更深入地探讨。
新生链到膜的靶向最初发生在蛋白质合成过程中。它发生得非常早，甚至早于多肽从核糖体通道中出现。这些新生链已经可以在核糖体中发出信号，这是信号识别颗粒的要求。信号识别颗粒由蛋白成分 Fth 和 4.5S RNA 组成。SRP 与膜蛋白的疏水部分结合，这些部分从核糖体在膜表面出现。SRP 相互作用区域最常见的是第一个 TM 区域，但它也可以更远，并且与 TM 片段不同。通过研究结构，已经表明 SRP M 结构域中的一个凹槽与非极性片段结合。
当 SRP- 核糖体新生链复合体被其受体 FTsy 靶向时，会形成 SRP/FTsy 复合体。复合体的解构和靶向蛋白质的释放需要 GTP 水解。SRP 和 FSty 最初以 GTP 结合的形式开始，然后通过其 NG 结构域的相互作用构建成复合体。Ffh 和 FTsy 的一个共同特征是它们都具有两个同源结构域和一个不同的结构域。通过分析 Ffh 和 FtsY NG 结构域复合体的结构，发现了一个有趣的现象，即在 Ffh/FtsY 异二聚体中存在一个共享的复合活性位点区域，它与两个结合的核苷酸结合。在 GTP 水解过程之后，膜蛋白-新生链复合体被发送到 SecYEG 转运通道，SRP 和 FtsY 彼此分离，这使得 SRP 能够循环利用并在另一轮 SRP 靶向中相互作用。这种将新生链发送到转运通道的过程在 FtsY 与 SecY 的相互作用的帮助下完成。
酶转运酶和插入酶必须将新合成的蛋白质放入膜中。在细菌中，已经描述和分析了 SecYEG 转运酶和 YidC 插入酶。结果表明，它们在重构的系统中都表现出它们的转运和插入功能。此外，它们是细菌生命所必需的过程。
酶 Sec 转运酶催化细菌膜蛋白的插入。Sec 转运酶由膜嵌入的 SeYEG 和 SecDFyajC 复合体组成，以及外周膜成分 SecA。SecYEG 提供蛋白质传导通道。这是转运所必需的，并使膜蛋白插入更加有效。Sec，也称为马达 ATP 酶，对于前蛋白跨膜转运和膜蛋白特定亲水区域的转运至关重要。SecA 利用 ATP 水解来推动插入的多肽链同时穿过 Sec 通道 20 到 30 个残基。
蛋白质输出研究领域的一项重大发现是，SecY 复合体的结构是从一种名为甲烷嗜热菌的酶中确定的。这种酶由 SecYEBeta 组成。SecBeta 与真细菌 SecG 没有序列同源性，但它与真核生物 Sec61Beta 有序列同源性。SecY 通道包含一个沙漏状结构，其中心有一个疏水狭窄部分，大小约为 3 到 5 A。SecYEbeta 内的狭窄收缩将膜的周质和胞质区域的内部亲水腔分开。这个狭窄区域由一个疏水孔环组成，该环由 4 个异亮氨酸残基、一个缬氨酸和一个亮氨酸残基组成。此外，这些氨基酸的脂肪族侧链彼此指向，从而在多肽链的亲水区域在跨膜转运过程中被转运时，形成一个疏水性领子。
根据晶体结构，SecY 通道处于封闭状态，其孔环被腔面上的一个螺旋封闭。当 Sec 通道通过信号肽与 SecY TM2-TM7 区域结合打开时，塞子会从通道位置移开约 20 A，靠近 SecE 螺旋。
SecY 通道的另一个重要方面是侧门。它旨在让插入的膜蛋白的 Tm 区域从通道横向释放出来，并将其分裂成脂质相。侧门位于 Sec61alpha (SecY) 的 SecY TM2 和 TM7 的表面，位于 Sec 通道的正面。以前，Sec61Alpha 的 TM2 和 TM7 被认为形成信号肽结合区域，因为前蛋白的信号肽可以在翻译后转运过程中潜在地与这些 Tm 部分交联。当多肽链的转运发生时，侧门会打开。侧门的打开具有重要意义，因为通过二硫键交联锁定侧门不允许大肠杆菌中 SecA 介导的前蛋白转运。
理解 SecA 如何与 SecY 通道协同作用，将膜蛋白的亲水域跨膜转运，这一点非常重要。来自嗜热栖热菌的 SecA/SecYEG 的 4.5 埃结构有助于解释这一过程。首先，一个 SecA 分子与结构中的一个 SecY 通道结合。SecA 平躺于 SecY 通道上，与膜表面大致平行。值得注意的是，SecYEG 通道的开口处有一个由 SecA 的两个螺旋构成的指状结构域，可以用来将底物转运到通道中。
YidC 插入酶很重要，因为它的作用是将微小的蛋白质嵌入膜中。研究发现 YidC 影响膜蛋白的插入。当细胞中的 YidC 含量减少时，独立于 Sec 的蛋白质的插入速度减慢，并被抑制。以前人们认为这些蛋白会自发嵌入膜中。
通过实验，人们认为 YidC 影响独立于 Sec 的底物的插入过程。利用无细胞体系进行的化学交联研究表明，卡在膜蛋白插入不同阶段的膜蛋白会与 YidC 相互作用。含有 YidC 的脂质囊泡足以插入独立于 Sec 的 Pf3 衣壳蛋白和 ATP 合成酶亚基 c。研究发现 Pf3 衣壳蛋白会附着在 YiDC 上。这会导致 YidC 蛋白的构象发生显著变化。
许多重要的膜蛋白会多次跨越脂质双层。它们以一种方式跨越，使得连续的跨膜片段以 α 螺旋的交替 N 到 C 和 C 到 N 取向排列。跨膜片段通过胞质和周质环连接在一起。这些环主要是疏水的，并且大小和电荷不同。小的环会将两个螺旋连接在一起。另一方面，大而长的环会通过折叠形成不同的结构域。这在蛋白质的行为和功能中起着作用。