一、一级结构
膜毒素的一级结构相似，含有8个半胱氨酸，4对二硫键。由于有8个半胱氨酸，所以可以把分子分成8个区域:第一区，含2个氨基酸，通常是Leu和Lys;第二区，含10个〜11个氨基酸，通常是10个氨基酸，不同来源毒素之间的同源性很大;第三区，含6个氨基酸，同源性很大;第四区，含16个氨基酸，不同来源的毒素在这一区变化很大;第五区，含3个氨基酸，为Ile、Asp和Val，在短链神经毒素中该区为1个氨基酸，长链神经毒素为3个氨基酸，所以膜毒素的这一区域与长链神经毒素相似;第六区，含10个氨基酸，同源性较大;第七区，含4个氨基酸，高度同源;第八区，为1个氨基酸，都是Asn。
膜毒素有大约25个疏水氨基酸，而短链神经毒素的疏水氨基酸数少于20个。膜毒素的疏水氨基酸Pr0、Ala、Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe和Trp。除此之外，膜毒素还含有许多赖氨酸，很少量的苏氨酸和极少的精氨酸，净的正电荷数为6个〜10个，而短链神经毒素的净正电荷数为3个〜4个。二类神经毒素都有3个结构不变氨基酸TrP29、Arg37和Gly38，而膜毒素在相应的位置上不是这些氨基酸。对膜毒素而言,结构上的不变氨基酸是8个半胱氨酸、Gly2。(长链神经毒素20位也是Gly)、Arg43(短链神经毒素43位也是被认为是结构上保守的氨基酸。还有些次要的不变氨基酸，它们有些起到决定毒素结构特异性的作用，有些可能起到功能的作用。膜毒素的不变氨基酸总共有20个，神经毒素是22个〜23个，膜毒素的保守性突变位点比神经毒素要多。。点突变的限制性与神经毒素差不多，长度的变化在膜毒素中较严格，进化作用没有像神经毒素那样产生长链的膜毒素。在Cys3和Cys17之间可以有10个〜11个氨基酸，这是一可变长度的区域，而在长链毒素中这一区域氨基酸个数的增减可达3个。不变氨基酸在膜毒素中的分布与神经毒素明显不同。膜毒素在Cys3〜Cys17之间有3个不变氨基酸，但短链神经毒素在这个区域只有1个不变氨基酸Ser8。膜毒素在9〜13这一区域含有疏水性很强的五肽，其中Prow是不变氨基酸。Cys17〜Cys24之间有6个氨基酸残基，其中4个都是不变氨基酸,Gly2。在长链毒素中也是不变氨基酸。对于神经毒素而言，几乎所有的功能不变氨基酸都在Cys24〜Cys45之间这个区域，而膜毒素在这一区域只有Arg43和<：1744这2个结构不变氨基酸;膜毒素与短链神经毒素的这一区域的长度相似;膜毒素这一区域的氨基酸都是极性的.这2个区域与神经毒素相似，氨基酸残基数相同，Cys49〜Cys61在两类毒素中都是疏水性的，这2个区域在两类毒素中都起维持结构的作用。
关于膜毒素与细胞的作用有两种学说，其中有一种学说认为，膜毒素通过静电力与膜结合后毒素的疏水突起插入膜内，从而搅乱细胞膜的结构。如果这种学说是正确的，那么Toxinr的必需正电荷基团一定是由不变氨基酸Lys12或Lys44提供，疏水突起一定是围绕着Pro8的疏水五肽。从眼镜蛇舟山亚种蛇毒中分离出一种与真正心脏毒
素同源的类心脏毒素，但毒性很小。Sim等(1986)对这种毒素外露的第二环和第三环骨架分析表明，有5个氨基酸与真正心脏毒素相同，这部分可能是毒素与受体作用的部位。
对膜毒素研究较多，Joubert等（1980)统计至1980年为止已经有42个膜毒素及其类似物的一级结构被测定出来。
二、化学修饰对毒性的影响
对膜毒素化学修饰不多，因此积累的资料也很有限，这里只简单介绍。
(―)对二硫键的修饰
Keung等（1975)首先对中国眼镜蛇毒中的心脏毒素进行化学修饰。用丙烯腈还原二硫键并烷基化可以改变心脏毒素的免疫特性和生物活性，这样处理完全改变了毒素原来的构象。二硫键对膜毒素结构的重要性已没有多少争论，除Keimg夕卜，还有其他学者做了类似的研究，与Keung所得结果相同。Wong等(1978)还发现还原后的二硫键经重新氧化成桥，只有能建立原有构象的氧化产物才能恢复全部生物活性。为减少构象改变的幅度,Tonsing等（1983)在NT-V"4(Nmm)的二硫键内插入一个原子成一S—Hg—S型，结果毒素失去了心脏毒性和与心肌细胞结合竞争的能力。
(二）对羧基的修饰
膜毒素除C-端外，只有1个〜2个侧链羧基。Iwaguchi等(1974)对某些膜毒素部分羧基酯化时，毒素的圆二色性及活性都不变;彻底酯化后，活力也还保留25%。Lamer-wein等(1978)用核磁共振(NMR)方法研究膜毒素的结构，发现C-端羧基可能与R36的侧链成盐键，并推断侧链羧基对MT的活性不太重要。
(三）对氨基的修饰
膜毒素除N-端含有氨基外，分子中的Lys中也含有氨基。Patel等(1969)曾用二甲氨基萘磺酰氯(DNS-C1)修饰细胞毒混合物P6(Nn)，经过一次凝胶过滤分离得到一个仍有50%溶胞活性的荧光部分，并在显微镜下看到荧光的鸡红细胞侵袭的全过程。杜雨苍等人用纯的CT-I(Nn)来重复上述实验，但没有发现上述现象，在进一步纯化此DNS化的CT-I时，由于大量混有的试剂不能除净，单DNS-CT的细胞毒力在10%以下。用基本上失活的分子与细胞膜反应很难令人信服它代表了MT的作用过程。然而似乎说明至少有一个氨基(也许在Lys侧链上)是活性必需的。Iwaguchi等(1974)发现对CT-H(Nn)乙酰化后，产物抑制吉田肉瘤细胞生长的能力降低到1%以下，而胍基化衍生物仍保留4%左右的活性，这说明了MT氨基上的正电荷对毒性是重要的。Tonsing等(1983)对NT-V"4(Nmm)进行二甲基化后，发现该毒素仍表现出25%竞争与心肌细胞膜结合的能力。
(四）对精氨酸的修饰
膜毒素一般只含一个精氨酸残基(R38)«CarlSS0n等（1980)先用1,2-环己二酮对膜毒素CT-V"(Nha)改性，然后用羟胺去掉此保护基，并对去掉此保护基后复原产物和改性膜毒素进行纯化。圆二色谱研究结果指出，虽然改性MT的肽链走向变化不大，但酪氨酸状态似有影响，生物活性下降到26%后再复原到78%。由于R88残基是膜毒素与神经毒素的共有残基，所以倾向于R88是活性不必需的，因为神经毒素没有膜毒素的活性，但化学修饰可能造成R88不再能与C-端羧基形成盐键，使得R88-I41的B折叠的位置稍有移动，从而影响了疏水内核中酪氨酸或色氨酸的状态。
(五）对酪氨酸的修饰
对酪氨酸的修饰工作做得相对较多的Keung等(1975)在无变性剂存在下，用4倍摩尔数的四硝基甲烷对心脏毒素进行修饰，结果2个Tyr被硝基化，第3个Tyr显然在分子内部，只有在5mol/L盐酸胍的存在下才能被修饰。这种被硝化的毒素仍具有沉淀抗血清的功能，破坏艾氏腹水癌细胞的毒性受到轻微的影响。正常毒素在lO^g/ml的浓度下与上述癌细胞作用80min有50%的细胞被破坏;3个Tyr都被硝基化的毒素在同等条件下只有25%癌细胞被破坏;2个Tyr被修饰的毒素破坏癌细胞的能力为37%。3个Tyr中有1个不变氨基酸Tyr25，另外2个是可变氨基酸。硝基化的膜毒素仍能够与抗血清反应，说明其构象未变，这样的衍生物应该仍具有毒性。心脏毒素比62-4型神经毒素对硝基化修饰要稳定得多，因为对62-4型的神经毒素中的2个Tyr进行硝基化后其毒性下降较多。四硝基甲烷修饰动力学的结果表明各位置上的酪氨酸所处环境不同，反应能力依次为Y25>Y23>Y53，Y23被修饰后，12B(Hh)的致死毒性(LD5。)不变，但如继续加深硝化则毒性及溶血活性皆明显下降。然而圆二色谱分析表明，即使3个酪氨酸全部硝化，MT肽骨架构象被干扰也不明显。台湾眼镜蛇膜毒素的结构似更紧密，它的Y53残基深埋内部。与上述3种毒素或者它自己的Y12和Y23都不同，Y58被滴定时PK>11(Y12和Y28为pO.6)，如没加变性剂(6mol/L盐酸胍)不能被硝化。2个酪氨酸被硝化(Y12及Y28)的产物保留70%的致死毒性和溶血活性以及与反应前相同的圆二色性，一旦Y53亦被硝化，则毒性下降到30%，而圆二色谱显示此衍生物已是几乎完全松散的肽链了。一级结构与此相近的印度眼镜蛇毒中的CT-I(Nn)硝化后抑制吉田肉瘤细胞的活性只留下7%左右，Karol等(1兆4)对几种膜毒素中的Tyr残基外露情况进行了研究，发现Tyr2^Tyr5^化学试剂敏感性较小，Bougis等(1983)对膜毒素W(Nnm)进行碘化，发现Y12残基是最暴露的，被碘化后毒性也无变化。Galat等研究了眼镜蛇Wra)心脏毒素在水溶液中加氟乙醇或SDS时对分子折叠与松散的影响。在这种情况下，心脏毒素的二硫键不受影响，但2种试剂都能影响心脏毒素的结构，而且都是可逆的。氟乙醇对心脏毒素结构松散作用的可逆性大小与氟乙醇的浓度有关，SDS不能影响二级结构，但可以影响其三维结构。如果SDS的浓度达到形成微粒的临界浓度，心脏毒素的结构又恢复到类似自然状态。折叠与松散可能与分子之间的相互作用有关。一般地说，如果膜毒素的空间结构确实相互差别不大的话，它们内部的酪氨酸残基的化学稳定性肽节结构的紧密度及毒性三者应有某种平行关系，即Y52>Y23>Y25>YU。这个看法与从NT类比而来的印象(即Y23埋藏最深，与活性关系也较大)是很不相同的。
(六）对甲硫氨酸的修饰
Carlsson等（1978)选用N-氯代琥珀酰亚胺代替反应不够专一的溴化物，滴定毒素V"1(Nm)，看到它仅有的2个硫醚基都是暴露型的，如都被氧化，膜毒素的圆二色谱变化很小，仍具免疫活性，表明这2个残基不包括在膜毒素的抗原决定簇内，但M26及M28氧化修饰的产物已丧失了全部溶血和致死毒性，Tonsing等(1983)发现它竞争结合细胞膜的能力也只有17%。另外，CT-m(Nna)和CT-M(Nns)及CT-W(Nns)在全部氧化后也完全失去使肌肉挛缩的能力。Hung等(1977)用CNBr处理MT，能从中段失落一个FM二肽，缺二肽的MT衍生物是失活的，但仍保留70%免疫活力。总之，暴露在分子表面的M26和M28对膜毒素的毒性是极重要的，它们可能通过疏水键与受体结合，但肽节4与分子抗原性无关。
(七）化学合成
化学合成对弄清分子的结构以及某种残基的功能十分有效，但往往不易合成。台湾眼镜蛇毒素CTX-BI(Nna)和印度眼镜蛇毒中的CT-I(Nn)等膜毒素已经分别用固相法和片段固相缩合法合成。从无规则结构的合成肽链氧化成与天然毒素结构和活力都相同的蛋白质证实了二硫键对稳定MT构象的重要性。杜雨苍等(1985)在合成MT-Dl(Nna)时故意对换了第48位和49位残基的位置，最后合成产物的生物活性与MT-D1无差别，证明该位置上保守性变异(L48与V49)是膜毒素功能允许范围内的变化。
三、高级结构
膜毒素的晶体结构研究进展缓慢，主要是因为不易得到适合于X射线衍射用的单晶体。曾经对眼镜蛇如知)蛇毒中的心脏毒素进行了广泛的结晶探索，但只得到低分辨率的、部分有序度的晶体，难以进行深入的结构分析。后来有报道蛇毒心脏毒素W的晶体质量较好，已获得2.7nm分辨率的晶体结构，人们将会很快看到第一个精确的细胞毒素的空间结构图像。有关膜毒素的高级结构，杜雨苍(1988)作了非常详细的综述，读者可参考这部分内容，这里不再叙述。