脂质
脂质是生物膜的基本组成成分，约占膜的50%，主要有三大类：磷脂、鞘脂、胆固醇。
甘油磷脂（主要在内质网合成）
鞘磷脂与糖脂
（鞘脂均为鞘氨醇的衍生物，主要在高尔基体合成）
胆固醇及在脂双层中的位置
（胆固醇分子分为三部分：羟基团组成的极性头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧，疏水尾部埋在脂双层的中央）
蛋白质
细胞膜的各项功能是由其成分和结构决定的，尽管磷脂双分子层为细胞膜提供了基本支架，并作为膜两侧主要的通道屏障，但绝大多数膜功能是由各种膜蛋白完成的。膜蛋白从功能上进行划分，主要有以下几类：转运蛋白、识别蛋白、受体蛋白、酶、连接蛋白等。
膜糖
膜中的糖占膜重量的2%～10%,糖含量的多少依细胞的不同而不同，如红细胞膜中蛋白质占52%、脂占40%、糖占8%。在8%的糖中有7%与膜脂共价连接在一起形成糖脂，其余93%的糖则与膜蛋白共价相连形成糖蛋白。应该特别指出的是，细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则位于细胞器膜的内表面。
膜糖可以提高膜的稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性，帮助膜蛋白进行正确的折叠和维持正确的三维构型。膜糖也参与细胞的信号识别、细胞的黏着。如膜蛋白中的糖基是细菌和病毒感染时的识别和结合位点。另外，糖蛋白中的糖基还帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位。
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