Las proteínas neuronales además de ser fundamentales para las funciones de estas células determinan la alta especificidad funcional de sus estructuras membranosas. Así, ellas forman parte de sitios funcionales específicos en la membrana de organelos subcelulares, en receptores químicos y en canales iónicos.

Los sitios específicos de las membranas son esenciales para el reconocimiento neuronal, tal como los receptores y los canales iónicos lo son para la comunicación y la excitabillidad neuronales. Muchas de las proteínas que se ubican en las membranas de los organelos son esenciales para las interacciones que se dan entre ellos.

Topográficamente, las proteínas se ubican en el citosol (proteínas fibrilares y enzimas), en la membrana plasmática y en la de organelos, como las mitocondrias y el núcleo.

Proteínas citosólicas. Representa uno de los grupos que tiene mayor abundancia de proteínas. En él se distinguen:

• las proteínas fibrilares: son las que constituyen el citoesqueleto (los neurofilamentos) y entre ellas se encuentran la tubulina, la actina y sus proteínas asociadas. Representan alrededor de un 25% de las proteínas totales de la neuronas.
• Enzimas: catalizan las reacciones metabólicas de las neuronas.

Las proteínas citosólicas se forman en los poliribosomas libres o polisomas, ubicados en el citoplasma neuronal, cuando el mRNA para esas proteínas se une a los ribosomas. En relación a estas proteínas hay que considerar a otra proteína pequeña, la ubiquitina, que se une residuos de lisina de las proteína para su posterior degradación.

Proteínas nucleares y mitocondriales. También se forman en los polirribosomas y luego son enviadas al núcleo o a las mitocondrias, donde existen receptores específicos a los que se unen para incorporarse al organelo, por el proceso de traslocación. El mecanismo por el que se incorporan las proteínas después de su síntesis, es la importación post-transducción.

Hay dos categorías de proteínas de membranas:

• las proteínas integrales: se incluyen en este grupo los receptores químicos de membrana (a neurotransmisores, a factores de crecimiento). Ellas están incertadas o embebidas en la bicapa lipídica o están unidas covalentemente a otras moléculas que sí atraviesan la membrana. Una proteína que atraviesa la membrana y que ofrece un grupo N-terminal, hacia el espacio extraneuronal, es designada como del tipo I. Las hay también del tipo II que son aquellas en que el grupo N-terminal se ubica en el citosol.
• Las proteínas periféricas: se ubican en el lado citosólico de la membrana a la cual se unen por asociaciones que hacen con los lípidos de la membrana o con las colas citosólicas de proteínas integrales o con otras proteínas periféricas (proteína básica de la mielina o complejos de proteínas).

Las proteínas de la membrana plasmática y las de secreción se forman en los polirribosomas que se unen al retículo endoplasmático rugoso. Ellos constituyen un material de naturaleza basófila (se tiñen con colorantes básicos como el azul de toluidina, el violeta de cresilo y el azul de metileno) que al microscopioi óptico se han identificado como la substancia de Nissl. Una vez que las proteínas formadas en este sistema pasan al interior del retículo, ellas son modificadas por procesos que se inician el retículo y que continuan en el sistema de Golgi y aún, posteriormente, en los organelos finales a donde son destinadas (vesículas de secreción).