Transmembraninis baltymas yra baltymas, apimantis visą ląstelės membranos ilgį. Jis yra įterptas tarp fosfolipidų, sudarydamas kanalą, per kurį molekulės ir jonai gali patekti į ląstelę. Transmembraniniai baltymai taip pat palengvina ryšį tarp ląstelių, sąveikaudami su cheminiais pasiuntiniais. Daugelis biologinių procesų, tokių kaip gliukozės metabolizmas ir riebalų rūgščių gamyba, suaktyvėja po to, kai suaktyvinamas tam tikras transmembraninis baltymas.
Insulino receptorius yra transmembraninio baltymo, kuris sąveikauja su cheminiu pasiuntiniu, būtent insulinu, pavyzdys. Receptorius veikia kaip insulino molekulės taikinys ląstelės paviršiuje. Po to, kai molekulė susijungia su receptoriumi, receptorius paprastai išskiria chemines medžiagas, kurios sukelia gliukozės transporterio judėjimą į ląstelės paviršių. Tai leidžia ląstelei absorbuoti didelius kiekius gliukozės iš išorinės aplinkos, o tai lemia gliukozės metabolizmą ir galiausiai energijos gamybą.
Kitas transmembraninio baltymo darbas yra pernešti jonus, tokius kaip natris ir kalis, per ląstelės membraną, kad būtų palaikoma cheminė aplinka. Kai kurios ląstelės negali atlikti konkrečių užduočių, jei jonų kanalai neveikia tinkamai. Svarbus to pavyzdys yra nervinių ląstelių jonų kanalai, priklausantys nuo įtampos. Ramybės būsenoje jonų kanalas paprastai yra uždarytas, neleidžiant jonams pereiti per membraną. Kai tik aptinkamas dirgiklis, pavyzdžiui, įpjovimas ar nudegimas, nervinis impulsas siunčiamas iš vieno nervinės ląstelės galo į kitą. Tai gali įvykti tik tuo atveju, jei jonų kanalai atsidaro ir leidžia jonams tekėti per ląstelės membraną.
Norint tinkamai organizuoti, ląstelėms taip pat reikia transmembraninių baltymų, kad būtų galima ištirti aplinką, kurioje yra ląstelė. Pavyzdžiui, raumenų ląstelės paprastai organizuojasi aplink kitas raumenų ląsteles, o odos ląstelės – aplink kitas odos ląsteles. Integrinai yra plati transmembraninių baltymų, atliekančių šią organizacinę funkciją, kategorija. Integrinai taip pat pritvirtina ląsteles prie substratų, palengvindami ląstelių migraciją ir žaizdų gijimą. Ląstelių augimas, dalijimasis ir mirtis paprastai priklauso nuo integrinų gaunamų signalų.
Transmembraninis baltymas gali būti klasifikuojamas kaip alfa spiralinis arba beta statinis, priklausomai nuo to, kaip baltymų grandinė yra organizuota. Alfa spiraliniai baltymai susideda iš vienos grandinės, o beta statinės baltymai turi keletą baltymų grandinių, išdėstytų greta. Alfa spiralinis baltymas paprastai yra suvyniotas, o beta statinės baltymas yra susuktas į uždarą struktūrą, panašią į statinę.