生物膜是细胞与外界的屏障，参与并调节细胞的各种生理活动。生物膜负责组织复杂的生物化学反应，对能量的储存和细胞与细胞之间的通信至关重要。生物膜主要由蛋白质和脂质组成，脂双层决定了生物膜的基本结构，蛋白质是大多数膜功能产生的原因。其中蛋白质对膜发挥各种生理作用有着不可或缺的重要性。 不同来源的膜往往含有不同的膜蛋白，与其功能特异性相匹配。不同生物其膜蛋白具有较大差异，同种生物的不同组织的膜蛋白有差异，即使同一个细胞不同的膜其膜蛋白组成也有差异。脊椎动物的视网膜杆状细胞，由于细胞的一部分特异性的吸收光信号，这部位的膜蛋白90%以上都是具有吸光特性的糖蛋白——视紫红质。而特异性比较低的红细胞膜，则含有20多种主要蛋白质和一些次要蛋白质，其中主要是转运蛋白质，用以帮助特异物质实现跨膜转运。
很多膜蛋白是通过共价结合的方式形成糖-蛋白质复合物，多发生在质膜上，胞内膜则很少含有共价结合的糖。糖蛋白在细胞识别、吸附、信号传导中发挥巨大的作用。其中丝氨酸、苏氨酸和天冬氨酸都是蛋白质易与糖共价结合的位点。细胞表面的糖蛋白质的糖链可以 直接影响蛋白质的折叠、稳定性及其在膜上的定位，因此它们在配体与细胞表面的特异性结合中起重要作用，这将会在生物信号中说明。并且膜蛋白连接上糖基可以形成细胞外被，保护细胞免受机械和化学伤害，以及保持细胞和外界物体及其他细胞之间的距离，保持细胞的独立性。
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许多膜蛋白的行为犹如漂泊在脂质的海洋上，膜蛋白不能在脂双层中翻转，但它们能够绕一和膜平面垂直的轴旋转，此外，这些蛋白质可以在脂双层中侧向扩散并持续扩散。质膜蛋白可以在膜平面上侧向扩散可以通过小鼠细胞和人细胞融合后导致两种细胞蛋白质的重新随机分布来证明。细胞融合后，用不同种属的特异性抗体进行免疫染来检测蛋白的定位，可以发现，融合后，数分钟内杂合细胞表面即出现颜混合，说明膜内蛋白可以快速的在脂双层内扩散。膜蛋白自由地漂浮在脂分子的海洋中的生物膜的图像过于简单化，很多情况下细胞能够将膜蛋白限定在连续脂双层的特定区域。共价结合的脂质锚定一些外周膜蛋白，一些膜蛋白包括几种类型的共价连接的脂质：长链脂肪酸、类异戊二烯、磷脂酰肌醇的糖基化衍生物（ＧＰＩ）。这些结合的脂质提供了一个疏水的锚，它能插入脂双层，并且在膜表面固定蛋白质。脂双层和连接在蛋白质上的单一碳链之间的疏水作用，足以牢固的锚定蛋白质。存在于蛋白质内部的带正电的赖氨酸残基和带负电的脂质头部基团之间的离子作用及其他的相互作用，可以使这种结合更趋于稳定。这种特定脂质和膜蛋白的结合可能具有指导新和成的蛋白质达到其正确的膜定位的靶向功能。在细胞中膜蛋白通常形成大复合物来行使功能，多种膜蛋白相互联合形成复杂的复合物，蛋白质分子之间相互固定，这种大聚集体的扩散很慢，这限定了蛋白质在膜上的运动。手机防盗锁>空调架
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