Ein integrales Membranprotein, auch IMP genannt, ist eines, das die gesamte biologische Membran einer Zelle umspannt. Diese Proteine sind permanent an der Zellmembran befestigt und ihre Funktion hängt typischerweise davon ab, dass sie in der Membran vorhanden sind. Sowohl strukturell als auch funktionell sind sie integrale Bestandteile der Zellmembranen.
Jedes integrale Membranproteinmolekül hat eine komplizierte Beziehung zu der Membran, in der es sich befindet. Strukturell wird das IMP normalerweise so platziert, dass Proteinstränge durch die Struktur der Zellmembran verwoben sind. Proteinabschnitte ragen durch die Zellwand innerhalb oder außerhalb der Zelle oder in beide Richtungen. Das Proteinmolekül kann nicht funktionieren, wenn es nicht in die Membran eingebettet ist.
Ein weiteres Merkmal des Proteins ist, dass diese Proteine nur durch eine sehr spezifische chemische Behandlung von der Membran entfernt werden können. Dies liegt daran, dass hydrophobe Regionen des Proteins innerhalb der Phospholipid-Doppelschicht der Zellmembran geschützt sind. Aus diesem Grund müssen Detergenzien, denaturierende Lösungsmittel und unpolare Lösungsmittel verwendet werden, um die Phospholipid-Doppelschicht zu zerstören und das integrale Membranprotein zu extrahieren.
Innerhalb der integralen Membranproteinklasse gibt es mehrere verschiedene Kategorien von Proteinen, von denen viele Rezeptoren und andere Arten von Zellsignalmolekülen sind. Sie werden nach ihrer Struktur in zwei Gruppen eingeteilt. Dies sind integrale Transmembranproteine und integrale monotope Proteine.
Integrale Transmembranproteine sind solche, die die gesamte Zellmembran durchspannen. Diese Proteine können die Membran einmal oder mehrmals überspannen, wobei sie sich durch die Phospholipid-Doppelschicht hindurchschlängeln, so dass mehrere Stücke des Proteins durch die Zellwand herausragen. Insgesamt ist dies die häufigste Art von IMP.
Beispiele für integrale Transmembranproteine umfassen spannungsgesteuerte Ionenkanäle, wie solche, die Kaliumionen in und aus Zellen transportieren. Bestimmte Typen von T-Zell-Rezeptoren, der Insulinrezeptor und viele andere Rezeptoren und Neurotransmitter, sind alle integrale Transmembranproteine. Im Allgemeinen gehören Rezeptoren, Transmitter und Transporter zu dieser Klasse von IMPs, da Proteine, die die gesamte Membran umspannen, typischerweise in der Lage sind, Bedingungen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle gleichzeitig wahrzunehmen.
Integrale monotope Proteine überspannen nicht die gesamte biologische Membran. Stattdessen sind sie nur von einer Seite mit der Membran verbunden, wobei ein Ende des Proteins entweder innerhalb oder außerhalb der Zelle herausragt. Diese Proteinklasse umfasst Enzyme wie Monoaminoxidase und Fettsäureamidhydrolase. Integrale monotope Proteine können Zustände sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle nicht wahrnehmen und sind weniger wahrscheinlich an der interzellulären Signalübertragung beteiligt.