生物膜（bioligical membrane）：鑲嵌有蛋白質和糖類（統稱糖蛋白） 的磷脂雙分子層，起著劃分和分隔細胞和細胞器作用 生物膜也是與許多能量轉化和細胞內通訊有關的重要部位，
同時，生物膜上還有大量的酶結合位點。
細胞是人體和其他生物體一切生命活動結構與功能的基本單位。
體內所有的生理功能和生化反應，都是在細胞及其合成排泄的基質( 如細胞間隙中的膠原和蛋白聚糖)的物質基礎上進行的。
一切動物細胞都被一層薄膜所包裹，這稱作細胞膜， 為生物膜的一種，它把細胞內容物和細胞的周圍環境分割開來。
在地球上出現有生命物質和它由簡單到複雜的長期演化過程中， 生物膜的出現是一次飛躍，它使細胞能夠既獨立於環境而存在， 又能通過生物膜與周圍環境進行有選擇的物質交換而維持生命活動。
顯然，細胞要維持正常的生命活動，不僅細胞的內容物不能流失， 且其化學組成必須保持相對穩定， 這就需要在細胞和它的環境之間有某種特殊的屏障存在。
它能使新陳代謝過程中， 經常由細胞得到氧氣和營養物質接受各種信息分子和離子， 排出代謝產物和廢物，使細胞保持穩態， 這對維持細胞的生命活動極為重要。
因此生物膜是一個具有特殊結構和功能的選擇性通透膜，
它的主要功能可歸納為：能量轉換、物質運送、信息識別與傳遞。
生物膜所具有的各種功能，在很大程度上決定於膜內所含的蛋白質； 細胞和周圍環境之間的物質、能量和信息的交換， 大多與細胞膜上的蛋白質有關。
膜蛋白質可以是和免疫功能有關的物質。總之， 不同細胞都有它特有的膜蛋白質， 這是決定細胞在功能上的特異性的重要因素。一個進行著新陳代謝的 活細胞，不斷有各種各樣的物質(從離子和小分子物質到蛋白質大分 子，以及團塊性物質或液體)進出細胞，包括各種供能物質、 合成新物質的原料、中間代謝產物、代謝終產物、維生素、氧和CO 2等進出細胞，它們都與膜上的特定的蛋白質有關。
跨過生物膜的物質運送是生物膜的主要功能之一。
在膜的主動運送中所需要的能量只能由物質所通過的膜或膜所屬的細 胞來供給。
在細胞膜的這種主動運送中，很重要且研究得很充分的是關於Na+ ，K+的主動運送。
包括人體細胞在內的所有動物細胞，其細胞內液和外液中的Na+， K+濃度有很大不同。以神經和肌肉細胞為例，正常時膜內K+濃度 約為膜外的30倍，膜外Na+濃度約為膜內的12倍。 這種明顯的濃度差的形成和維持，與細胞膜的某種功能有關， 而此功能要靠新陳代謝的正常進行。例如，低溫、 缺氧或一些代謝抑制劑的使用，會引起細胞內外Na+，K+正常濃 度差的減小，而在細胞恢復正常代謝活動後，上述濃度差又可恢復。
很早就有人推測， 各種細胞的細胞膜上普遍存在著一種稱為鈉鉀泵的結構，簡稱鈉泵， 它們的作用就是能夠逆著濃度差主動地將細胞內的Na+移出膜外， 同時將細胞外的K+移入膜內，因而形成和保持了Na+和K+在膜 兩側的特殊分佈。
後來大量科學實驗證明，鈉泵實際上就是膜結構中的一種特殊蛋白質 ，它本身具有催化ATP水解的活性，可以把 ATP分子中的高能鍵切斷而釋放能量，並利用此能量進行Na+， K+的主動運送。因此鈉泵就是這種被稱為Na+-K+依賴式AT P酶的蛋白質。細胞膜上的鈣泵也是一種ATP酶， 它能把細胞內過多的Ca2+轉移到細胞外去。
生物膜是當前分子生物學、細胞生物學中一個十分活躍的研究領域。 關於生物膜的結構，生物膜與能量轉換、物質運送、信息傳遞， 以及生物膜與疾病等方面的研究及用合成化學的方法制備簡單模擬膜 和聚合生物膜等方面不斷取得新進展。
不同的生物膜有不同的功能。質膜和物質的選擇性通透、 細胞對外界信號的識別作用、免疫作用等密切有關； 神經細胞膜與肌細胞膜是高度分化的可興奮膜，起著電興奮、 化學興奮的產生和傳遞作用；葉綠體內的類囊體膜與光合細菌膜、 嗜鹽菌的紫膜起著將光能轉換為化學能的作用， 而線粒體內膜與呼吸細菌膜則能將氧化還原過程中釋放出的能量用於 合成腺苷三磷酸 (ATP)；內質網膜則是膜蛋白、 分泌蛋白等蛋白質及脂質的生物合成場所。因而，生物膜在活細胞的 物質、能量及信息的形成、轉換和傳遞等生命活動過程中， 是必不可少的結構。
物理化學特性 脂質的多形性 生物膜的基質是極性脂質：磷脂、膽固醇和糖脂。 其分子形態包括一個親水性的極性頭部和疏水性的脂肪酰鏈尾部。 這種兩親性特性維持了膜結構的穩定性。親水性頭部朝向水相， 疏水性尾部避水彼此聚集，這種作用稱為疏水相互作用。脂質分子的 雙分子層排列實質上是一種熵的效應，滿足熱力學的穩定性要求， 是溶液中氫鍵、分子間的范德瓦耳斯力、色散力等作用的綜合結果。
生物膜的脂質組成種類繁多，而且，還包含一定數量的膽固醇， 所以「相」的類別多而複雜。
相變 脂肪酰鏈中的C-C單鍵可以旋轉，產生旋轉異構體。 因為受到鄰近基團的空間阻礙，旋轉不是所有角度都能進行的。 反式構象時系統的位能最小，性質最穩定；其他角度時位能都較高。 一種幾率較大的形式是：旋轉120°後的扭轉式構象。 對於正丁烷，反式轉為扭轉式的位壘約 2.4千卡‧摩爾。因而，低溫時雙分子層中脂肪酰鏈呈全反式的「 僵直」狀態，溫度升高後鏈變得「柔軟」。這樣的轉變過程不是漸行 的，而是在某個溫度時發生突變,該溫度Tc稱之為相變溫度。例如 DMPC(豆蔻酰磷脂酰膽鹼)的Tc為23℃,DPPC(棕櫚酰 磷脂酰膽鹼)的Tc為41℃。低於Tc時的雙分子層結構稱為固相 或晶體相(L'、L);高於Tc時稱為流動相或液晶相(Lα)。 用激光拉曼光譜等方法確認了對於DPPC分子，L'-Lα相變時 每條脂肪酰鏈大約平均新形成 6.5個扭轉式鍵。從固相轉變到流動相是個吸熱的過程，相變的焓 近似等於扭轉式異構化所需能量與破壞相鄰脂肪酰鏈之間的范德瓦爾 斯力所需能量和脂質頭部基團周圍有序溶劑去結構所需能量的總和。 如DPPC雙分子膜,該焓值約為8.7千卡‧摩爾。影響脂質分子 Tc的主要因子是：①脂肪酰鏈的長度（長度越長，Tc越高）；② 脂肪酰鏈的飽和程度（飽和度越高，Tc越高）；③脂質頭部基因的 種類（如，頭部較小的PE（磷脂酰乙醇胺）和PC相比，Tc要高 20多度。
除溫度外，還有其他一些分相因子。如膜中有負電荷脂質時，介質中 pH、離子種類 (特別是Ca2+)也會引起分相。
正常生理條件下，整個脂質雙分子層構成液晶狀態的基質,不僅是脂 質分子,蛋白質分子也處於不停的運動狀態。溫度、 膽固醇等對膜的流動性有較大的影響。此外， 脂質和蛋白質在生物膜的內、外兩側分佈不對稱，膜蛋白和脂質有相 互作用如不少膜結合酶、抗原等都需要脂質（常是一定類型的脂質） 才能表現出活性。
功能 物質運輸 物質的跨膜運輸大體可分為被動運輸、主動運輸和膜動運輸 3大類
促進擴散是膜上載體蛋白通過與被運輸物質的可逆結合而促進物質的 跨膜運輸，表現出比單純擴散高得多的運輸速率和選擇性。
主動運轉是物質逆著電化學位梯度跨膜運輸的過程， 必須有其他能量偶聯輸入。例如，動物細胞膜上的 Na+、K+-ATP酶靠ATP的水解，逆濃度梯度驅動Na+從 細胞內向外運輸，同時使K+向細胞內運輸， 從而維持正常生理條件下細胞內、外的 Na+、K+濃度梯度。
膜動運輸是借膜的變形將大分子、配體、 菌體等物質攝入細胞而將蛋白質、多糖等分泌出細胞的過程。 其中通過膜上受體中介的內吞作用是個很重要的細胞學過程。以細胞 攝入膽固醇為例:體液中的LDL（低密度脂蛋白） 先和質膜上被膜穴處的LDL受體結合,然後被膜穴內凹形成被膜囊 泡，在細胞內脫被膜後形成內含體， 內含體很快酸性化使配體和受體解離， 進而分裂成帶配體及帶受體的囊泡， 帶配體的囊泡以後和溶酶體融合。此時，LDL被水解,釋放出膽固 醇供細胞之用。帶受體的囊泡則和質膜融合，使受體再次被利用。鐵 傳遞蛋白、胰島素、上皮生長因子、 許多毒素和病毒等亦是通過這一途徑進入細胞的（見內吞與外排）。
能量轉換 雖然ATP也可在可溶性酶系統中合成,但極大多數是產生在一些特 定的膜上，它們稱為「能量轉換膜」
利用人工膜可對膜的各種物理化學特性進行深入研究。人工膜已在工 程實際中得到應用，如從海水等溶液相中高效地分離和濃縮物質、 利用能量轉換膜原理開闢高效無污染的新能源、 用作腎臟病患者的透析膜以及用於臨床診斷和治療等。
脂質體 脂質體是內部為水相、由脂質雙分子層形成的閉合囊泡。其種類主要 有:①小單片層囊泡,大小範圍為0.02～0.05微米；②多片 層囊泡,大小範圍為0.2～10微米；③大單片層囊泡,大小範圍 為0.2～10微米。除了大小、脂質成分、荷電性外， 脂質體制劑尚有兩個重要的參數：俘獲容積和包裹效率。 前者指一定量脂質體所包封的容積（摩爾／升）； 後者指脂質雙分子層所包裹的水相所佔的比例(％)。脂質體作為藥 物載體已用於醫藥臨床。 脂質體的水相或疏水相中包封藥物後能用於癌症、溶酶體貯積病、 寄生蟲病、體內重金屬積聚、真菌感染、 關節炎等多方面疾病的治療。這種截體系統在體內有穩定、毒性小、 藥物緩慢釋放等優點。若膜表面加以修飾（ 結合抗體或特異性糖鏈等）或研製敏感性脂質體（ 在外界特定條件下膜通透性劇增的脂質體）， 則能使脂質體在體內具有靶向性。 脂質體也可作為真核細胞的基因載體用於生物技術領域。
膽固醇 是細胞膜內的中性脂類。生物膜所含的蛋白叫膜蛋白， 是生物膜功能的主要承擔者。
生物膜的兩大特性
生物膜具有兩個明顯的特性，即膜的流動性和膜的不對稱性。
1．膜的流動性
生物膜的流動性是膜脂與膜蛋白處於不斷的運動狀態， 它是保證正常膜功能的重要條件。在生理狀態下， 生物膜既不是晶態，也不是液態，而是液晶態，即介於晶態與液態之 間的過渡狀態。在這種狀態下，其既具有液態分子的流動性， 又具有固態分子的有序排列。當溫度下降至某一點時， 液晶態轉變為晶態；若溫度上升，則晶態又可溶解為液晶態。 這種狀態的相互轉化稱為相變，引起相變的溫度稱相變溫度。
五、小分子物質的跨膜運輸
每一個活細胞要維持其正常的生命活動， 必須通過細胞膜從外界及時地吸取營養物質， 同時要不斷地排出其代謝產物。這些營養物質和代謝產物進出生物膜 的方式， 根據是否需要膜蛋白的介導分為單純擴散和膜蛋白介導的跨膜運輸兩 種。
。②存在於腦組織的毛細血管內皮細胞間， 防止血液與腦組織細胞外液成分的相互擴散， 是血腦屏障的結構基礎。③起著將上皮細胞聯合成整體的機械作用， 加強細胞間的連接。
