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A membrana possui mais de 50 tipos de proteínas, que possuem as mais diversas funções e que se diferem de uma célula para outra. No entanto, todas elas estão distribuídas pela bicamada de lipídios e formam uma estrutura que se assemelha a um mosaico. Assim como os lipídios, as proteínas também são moléculas anfipáticas.
A orientação das moléculas de proteínas na bicamada permite que a sua parte hidrofílica fique em contato com a região aquosa, e algumas possuem até mesmo um canal hidrofílico para a passagem de substâncias hidrofílicas. A distribuição dessas proteínas pela membrana não é aleatória, pois elas podem formar grupos de acordo com suas especialidades.
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