β-桶状蛋白（β-barrel protein)是一类有着特殊结构的蛋白质，主要包括线粒体的膜外蛋白、有孔蛋白及线粒体膜上的TOM20、TOM40、TOM22、TOM23等通道蛋白都是β-桶状蛋白（β-barrel protein)，镶嵌在线粒体膜上的β-桶状蛋白同其他的线粒体膜外蛋白一样是在胞质中合成。
β-桶形结构是大型β-折叠扭曲缠绕形成的闭合结构，第一条链和最后一条链氢键相连。β-桶形结构中的β-链以反平行方式排列。β-桶形结构一般出现在孔蛋白、跨细胞膜的蛋白和在“桶”的中心结合疏水配体的蛋白质，如脂笼。类孔桶形结构由革兰氏阴性菌2-3%的基因编码。
在很多情况下，蛋白质链含有交互的极性和疏水性氨基酸，所以疏水性残基多位于“桶”的中心以形成疏水核心，而极性残基朝向“桶”的暴露于溶液中的外部表面。含有β-桶形结构的孔蛋白和其他细胞膜蛋白反转了这样的结构，疏水性残基朝向外部，和周围的脂质相连，亲水性残基朝向内部的孔。
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