认识生物膜
1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，标志生命科学进入分子生物学新阶段。当前，分子生物学已经发展成为生命科学的主流。分子生物学包括三大领域，即：蛋白质体系(包括酶)；蛋白质-核酸体系(中心问题是分子遗传学)；蛋白质-脂质体系(即生物膜)。
细胞是生命的基本结构与功能单位。从现代观点，膜结构是细胞尤其重要的组分之一。实际上，细胞主要是由膜结构系统组成的统一整体，生物膜是一个物理屏障，它使细胞具有相对独立和恒定的内环境，正如A．Szent-Gyogyi所指的：“膜是重要的细胞器，它把一切分为内外两部分，无论哪里，只要有两个界面，即内外两面，就有膜的存在”。细胞中的膜系统形成各种既是独立又是相互联系的“小室”(compartments)，在每一个膜包裹的空间聚集着特定种类的生物大分子，共同完成着某一项特定的生命活动。它们保证细胞内部各种代谢过程和复杂的生化反应能彼此不受干扰，有条不紊地进行，使细胞内的各种代谢区域化或房室化（compartmentation）。因此，膜结构既是细胞结构的基本形式，也是生命活动的主要结构基础。
细胞的外周膜(质膜)与细胞内的膜系统(如线粒体膜、叶绿体膜、内质网膜、高尔基体膜、核膜等)统称为生物膜。
膜的出现，在生命的进化过程中，具有特殊的意义。质膜的形成是非细胞生命[如病毒(virus)、噬菌体(phage)]与细胞生物的一个重要分界点，而细胞内膜系统的发展则是细胞生物从低向高发展的反映。
生物膜的作用
从功能上看，生物膜对于维持细胞及细胞器的正常通透性、细胞与细胞之间的识别、细胞之间的连接及通讯等起关键作用，还具有物质转运、分子识别、信息传递和能量交换等多种重要的生物学功能。
细胞膜(质膜)是把细胞内部与周围环境分开的边界，使细胞与周围环境和细胞之间进行物质交换和信息传递的重要通道。简单概括细胞膜的功能有6个：
(ⅰ)细胞膜为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。
(ⅱ)细胞膜介导选择性的物质运输，包括代谢底物的输人与代谢产物的排出，其中伴随能量传递。
(ⅲ)细胞膜提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递。
(ⅳ)细胞膜为多种酶提供结合位点，使酶促反应有序进行。通过膜面积的增大，供数量更多的酶、核糖体等附着在上面，为各种化学反应顺利进行创造条件。
(ⅴ)细胞膜介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接。
(ⅵ)质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
内质网中的粗糙型的内质网与蛋白质合成及运输有关；平滑型内质网则与脂肪和胆固醇的代谢、糖元的分解、脂溶性毒物的解毒有关。高尔基体的主要功能是为细胞提供一个内部的运输系统，它把由内质网合成并转运来的分泌蛋白质浓缩加工，通过高尔基液泡或以酶元颗粒的形式运出细胞。溶酶体是细胞内溶解大分子物质的一种细胞器，它与细胞内消化、细胞自溶、消除分解异物有关。过氧化物酶体含有分解对细胞有害的H2O2的酶系，故对细胞有重要保护作用。环层片层是一个功能尚不确定的细胞器。据推测，它在细胞生长、发育和分化中起一定的作用，与某些特定的蛋白质合成有密切联系。
还有，线粒体是一种非常重要的细胞器。其主要功能是利用三羧酸循环(tricarboxylicacid cycle)把糖、脂肪和氨基酸氧化所产生的能量通过呼吸链与三磷酸腺苷(ATP)的生成偶联起来[即氧化磷酸化作用(oxidative phosphorylation)]，所以它素有细胞动力站之称。叶绿体的主要功能是进行光合作用(photosynthesis)即吸收光能，使之转变为化学能，同时利用二氧化碳和水制造有机物并释放氧的过程。
核膜作为细胞质-细胞核之间的一个重要的界膜。对稳定核的形态和化学成分起着十分重要的作用。
因此，膜结构与生命体系中的物质流、能量流、信息流三大物质体系的运输、转换、传递密切相关。可以说，与细胞基本生命活动有关的代谢活动都可以与膜结构及功能联系在一起。
生物膜的组成
生物膜种类繁多，它们有一个共同的特征，即经锇酸固定后，在电镜下呈现出黑-白-黑(电子密度高-低-高)的三层结构，厚度在8nm左右，组成成分主要是脂质、蛋白质及糖类。这些组分的有机排列及相互作用形成了生物膜的结构，并且赋于各种生物膜的特定功能。
其中含量更多的是脂质和蛋白质，准确的相对含量随各种膜而异。一般的规律是，代谢旺盛的膜含有较多的蛋白质。例如，神经纤维的髓鞘含75%干重的脂质，而线粒体内膜中脂质则为25%，二者剩下的主要是蛋白质。这种量上的差异亦表明了脂质主要是给其上的蛋白质提供结构上的骨架。
此外，不到10％干重的是糖类，生物膜中糖类都是以糖脂或糖蛋白的形式存在。
同生物膜相结合的水约占总量的20%，还有不少整合着的钙及镁离子。
(一)膜脂
膜脂以磷脂(phospholipid)和胆固醇(cholesmerol)为主，并含糖脂(glocolipid)。构成膜脂的磷脂主要有磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine，PC)，亦称卵磷脂；磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)又称脑磷脂；磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)及神经鞘磷脂(sphingomyelin，SM)。胆固醇为中性脂，分布于真核细胞膜。质膜上的胆固醇与磷脂的碳氢链相互作用，保持质膜的流动性和使质膜加固。膜上各种脂质分子具有共同的结构特点，亲水的极性头部排列在细胞膜内外界面上，疏水的非极性尾部则列于细胞膜中央部分而形成兼性分子。质膜的这种结构特点使其在水溶液中可自动形成双分子层结构，而且这些脂类双层可自相融合形成封闭式结构，即不存在游离的边缘，避免疏水的尾部与水接触。脂质双层除具有自我装配和自我封闭的特点外，尚具有流动性，膜的流动性对于细胞所具有的许多功能是至关重要的。
(二)膜蛋白
膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者，约人细胞总蛋白量的25％。在不同种类的细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异。对神经细胞轴突起绝缘作用的髓鞘中，膜蛋白的含量低于25％，而在担负能量转换功能的线粒体内膜中蛋白含量约占75％，在—般的细胞膜中蛋白含量介于两者之间，约占50％。小于脂类分子的分子量比蛋白分子小，所以在膜内脂类分子数一般远比蛋白分子多。在蛋白含量占50％的膜内，蛋白分子与脂类分子数目比例约为1：50，即每有1个蛋白分子就有50个脂类分子。
膜蛋白具有许多重要的功能：转运分子进出细胞；接受周围环境中的信号，传递至细胞内；支撑与连接细胞骨架成分和细胞间质成分；在细胞分化和细胞间连接中发挥作用；结合于膜上的各种酶催化细胞各部分的化学反应。根据膜蛋白与膜脂的关系将其分为膜内在蛋白（integtal protein)和外周蛋白(extrinsic protein)两类。内在蛋白又称镶嵌蛋白，约占膜蛋白总量的70％以上。膜内在蛋白有的部分插入质膜内，直接与脂质双层的疏水区域相互作用；许多内在蛋白也是兼性分子，它们的疏水区域深深地嵌入脂质中与其疏水部分的碳氢链相连接，亲水区域则暴露于脂双层即细胞膜的内外侧面。其中，有些蛋白跨越脂膜全层，两端暴露于细胞膜的内外环境，称为跨膜蛋白(transmembrane protein)。红细胞膜上的血型糖蛋白和蛋白bandⅢ均属内在蛋白。内在蛋白只有用去垢剂溶解和纯化后才有可能得到。外周蛋白不直接与脂双层疏水部分相互连接，它们常通过内在蛋白间接与膜连接，或直接与脂类分子极性头部结合。外周蛋白为水溶性，约占膜蛋白总量的20％～30％。红细胞胞质面的血影蛋白和锚定蛋白均属外周蛋白。各种膜蛋白在细胞膜中都有特定的位置，在脂双层呈不对称分布。跨膜蛋白跨越脂质双层有—定方向性，例如血型糖蛋白链的N端在细胞膜的非细胞质侧，而蛋白bandⅢ的N端却在细胞膜的细胞质侧，同一种跨膜蛋白定向是一致的。
(三)膜糖类
细胞膜中含有一定比例的糖类，以低聚糖或多聚糖链的形式结合于膜蛋白，形成糖蛋白或蛋白聚糖；或与膜脂共价结合，形成糖脂。膜糖类约占细胞膜总重量的2％～10%。主要以糖脂和糖蛋白以及蛋白聚糖的形式伸向细胞膜的外表面，构成细胞外表面的微环境，它们与细胞之间的粘着、细胞识别有关。在自然界中发现的糖类有100多种，而在膜蛋白和糖蛋白中只发现9种，其中上要有牛乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺和唾液酸。唾液酸残基常见于糖链的末端，真核细胞表面的净负电荷主要由它形成。
糖蛋白研究进展之一是从人的红细胞膜中分离出的血型糖蛋白，是氨基酸序列完全搞清楚的头一个膜蛋白，由131个氨基酸组成，亲水氨基端以及肽链的大部分位于膜的外表面，由大约100个糖残基构成16个低聚糖侧链共价结合在肽链上，亲水的羧基端暴露于细胞质中，大约有20个氨基酸残基构成的疏水端以α螺旋状结构通过脂质双层。