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Le funzioni della membrana sono molteplici, molte delle quali legate alle proteine, di seguito verranno elencate le principali:
a) Trasporto, che può essere selettivo attraverso proteine che formano un canale idrofilo che consente il passaggio selettivo di un soluto specifico; oppure può avvenire tramite altre proteine che modificano la loro conformazione per permettere il passaggio di determinati composti;
b) Attività enzimatica, con il sito attivo esposto verso le sostanze presenti nell’ambiente circostante. In alcuni casi gli enzimi possono essere organizzati entro specifici complessi in grado di catalizzare le tappe successive di una determinata via metabolica;
c) Trasduzione del segnale, ad esempio una proteina di membrana può svolgere la funzione di recettore ormonale. Il messaggio dell’ormone può indurre un cambiamento conformazionale nella proteina di membrana che trasmetterà il messaggio all’interno della cellula;

d) Riconoscimento fra cellule;
e) Adesione intercellulare, con legami deboli, soprattutto nelle cellule animali;
f) Adesione al citoscheletro e alla matrice extracellulare, infatti i microfilamenti o altri elementi del citoscheletro possono legarsi alle proteine di membrana, fissando la posizione di queste e contribuendo al mantenimento della forma dell'intera cellula.

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