Transmembranski protein je protein koji se proteže cijelom dužinom stanične membrane. Ugrađen je između fosfolipida, osiguravajući kanal kroz koji molekule i ioni mogu proći u stanicu. Transmembranski proteini također olakšavaju komunikaciju između stanica interakcijom s kemijskim glasnicima. Mnogi biološki procesi, poput metabolizma glukoze i proizvodnje masnih kiselina, pokreću se nakon što se aktivira određeni transmembranski protein.
Inzulinski receptor je primjer transmembranskog proteina koji je u interakciji s kemijskim glasnikom, naime inzulinom. Receptor djeluje kao meta na površini stanice za molekulu inzulina. Nakon što se molekula spoji s receptorom, receptor obično oslobađa kemikalije koje uzrokuju kretanje prijenosnika glukoze na površinu stanice. To omogućuje stanici da apsorbira velike količine glukoze iz vanjskog okruženja, što dovodi do metabolizma glukoze i konačno proizvodnje energije.
Drugi zadatak transmembranskog proteina je prebacivanje iona, kao što su natrij i kalij, kroz staničnu membranu kako bi održali kemijsko okruženje. Neke stanice ne mogu obavljati određene zadatke ako ionski kanali ne rade ispravno. Važan primjer za to su voltažni ionski kanali živčanih stanica. U stanju mirovanja, ionski kanal je obično zatvoren, sprječavajući ionima da prođu kroz membranu. Čim se otkrije podražaj, poput posjekotine ili opekline, živčani impuls se šalje s jednog kraja živčane stanice na drugi kraj. To se može dogoditi samo ako se ionski kanali otvore i dopuste ionima da prolaze kroz staničnu membranu.
Kako bi se pravilno organizirale, stanice također zahtijevaju transmembranske proteine za ispitivanje okoline u kojoj se stanica nalazi. Na primjer, mišićne stanice općenito se organiziraju oko drugih mišićnih stanica, dok se stanice kože organiziraju oko drugih stanica kože. Integrini su široka kategorija transmembranskih proteina koji obavljaju ovu organizacijsku funkciju. Integrini također pričvršćuju stanice na supstrate, olakšavajući migraciju stanica i zacjeljivanje rana. Rast, dioba i smrt stanice općenito ovise o signalima koje primaju integrini.
Transmembranski protein može se klasificirati kao alfa spiralni ili beta bačva, ovisno o tome kako je proteinski lanac organiziran. Alfa spiralni proteini sastoje se od jednog lanca dok proteini beta bačve imaju nekoliko proteinskih lanaca organiziranih jedan pored drugog. Alfa spiralni protein je općenito smotan, a beta bačvi protein je uvijen u zatvorenu strukturu koja podsjeća na bačvu.