转运蛋白（transport proteins）是膜蛋白的一大类，介导生物膜内外的化学物质以及信号交换。脂质双分子层在细胞或细胞器周围形成了一道疏水屏障， 将其与周围环境隔绝起来。尽管有一些小分子可以直接渗透通过膜，但是大部分的亲水性化合物，如糖，氨基酸，离子，药物等等，都需要特异的转运蛋白的帮助来通过疏水屏障。因此，转运蛋白在营养物质摄取，代谢产物释放以及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。

转运蛋白(translocator)在叶绿体内膜上有很多运输蛋白，称为转运蛋白，它们的功能是选择性转运出入叶绿体的分子。叶绿体内膜上所有转运蛋白的运输作用都是靠浓度梯度驱动的，而不是主动运输。这不仅与细胞质膜的运输蛋白不同，也与线粒体内膜的运输系统不同，在线粒体内膜中也有主动运输的转运蛋白。

叶绿体中转运蛋白的一个重要运输机制是通过交换进行的“Pi转运体”，通过交换可同时转运Pi和磷酸甘油酸。叶绿体进行的光合作用中需要大量的无机磷，并且有大量的中间产物3-磷酸甘油酸(3PGAL)释放。在叶绿体内膜中有磷酸交换载体蛋白(phosphate exchange carrier)，能够通过交换将细胞质膜中的无机Pi转运到叶绿体基质，并将叶绿体基质中形成的3PGAL释放到细胞质。磷酸交换转运蛋白是叶绿体内膜中最为丰富的蛋白质，约占内膜总蛋白的12%。

2014年6月5日，清华大学宣布：清华大学医学院颜宁教授研究组在世界上首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，初步揭示了其工作机制及相关疾病的致病机理。该研究成果被国际学术界誉为“具有里程碑意义”的重大科学成就。

颜宁科研团队从2009年开始GLUT1的研究。在5年的攻关过程中，他们大胆创新，在研究思路和实验技术上相继获得重要突破，在结构生物学的最前沿领域确立了中国的领先优势。

人类对葡萄糖跨膜转运的研究已有约100年的历史。1977年第一次从红细胞里分离出了转运葡萄糖的蛋白质GLUT1，在1985年鉴定出GLUT1的基因序列。此后，获取GLUT1的三维结构从而真正认识其转运机理就成为该领域最前沿也最困难的研究热点。过去几十年间，美国、日本、德国、英国等国的诸多世界顶尖实验室都曾经或正在为此全力攻关，但始终未能成功。

据介绍，该项成果不仅是针对葡萄糖转运蛋白研究取得的重大突破，同时为理解其他具有重要生理功能的糖转运蛋白的转运机理提供了重要的分子基础，揭示了人体内维持生命的基本物质进入细胞膜转运的过程，对于人类进一步认识生命过程具有重要的指导意义。

清华大学医学院鲁白教授介绍，“该项成果的意义主要存在于两个方面，首先，从科研的角度说，第一个揭示了人源转运蛋白的结构，可以帮助人类理解分子转运这一生命科学中最基本的过程。从临床的角度说，有助于了解幼儿癫痫、癌症、糖尿病的发病机制，同时，可以作为药物研发的潜在靶点。”

该成果在《自然》杂志发表之后，2012年诺贝尔化学奖得主布莱恩·克比尔卡评价，“哺乳动物的膜蛋白结构研究难度远远大于对细菌同源蛋白的研究，因此至今已经获得的哺乳动物膜蛋白的结构寥寥无几。但是要针对人类疾病开发药物，获得人源转运蛋白结构至关重要。对于GLUT1的结构解析本身是极富挑战、极具风险的工作，因此这是一项伟大的成就。”

美国科学院院士、加州大学洛杉矶分校教授、转运蛋白研究专家罗纳德·卡百克评价，“学术界对于GLUT1的结构研究已有半个世纪之久，而颜宁在世界上第一个获得了GLUT1的晶体结构，从某种程度上说，她战胜了过去50年从事其结构研究的所有科学家。这也是至今获得的第一个人源转运蛋白的结构，并代表了一项重要的技术突破。该成果对于研究癌症和糖尿病的意义不言而喻！”

美国科学院院士、麻省理工学院教授，GLUT1基因的克隆者哈维·劳迪什评价，“这是一项极为重要的成果，终于清晰揭示了自克隆基因起猜测30年之久的GLUT1的12次跨膜结构以及转运机理。”

离子通道和转运蛋白非各自为战

2021年7月5日，西湖大学生命科学学院、西湖实验室吴建平团队在《自然》在线发表题为《一个哺乳动物精子阳离子通道复合物的结构》的最新研究结果，报道了受精过程中关键离子通道复合体CatSper的高分辨率三维结构。这是在全球首次揭示这一超级复合物的样貌，且鉴定出多个以前从未发现的成分，统称为“CatSper通道体”（CatSpermasome）。

传统观念认为，离子通道负责离子运输，转运蛋白负责小分子转运，互不相干。CatSper通道体却包含了通道蛋白和转运蛋白。这刷新了人们对CatSper组成的认识，也颠覆了对离子通道和转运蛋白在细胞中各自为战的传统观念。