細胞膜作為細胞系統的邊界，無論是控制物質進出、信息交流、細胞代謝還是免疫方面都有著非常重要的作用。這么，細胞膜上的蛋白質到底有什么？怎么行使功能？其分布與結構特征又怎樣？詳述如下。
1.膜蛋白的分布
細胞膜蛋白種類繁雜，但多數膜蛋白分子數量較少，分布不均勻。按照膜蛋白分離的難易程度可將其分成兩個基本類型：外在膜蛋白和內在膜蛋白。外在膜蛋白為水溶性蛋白，靠離子鍵或其他弱物理鍵與膜表面的蛋白質分子或脂分子結合，因而結合較為疏松；而內在蛋白多數為跨膜蛋白，通過自身的跨膜結構域與磷脂雙分子層的疏水核心互相作用，通過跨膜結構域兩端的帶電荷的多肽殘基與磷脂極性背部互相作用，因而結合十分緊密。
2.膜蛋白的流動性
膜的流動性是生物膜的基本特點，也是細胞進行各類生命活動的結構基礎。教材中提及螢光抗原免疫標記實驗，該實驗中隨著標記時間的延長，可使己均勻分布的標記螢光重新排布在細胞表面的個別部位（成斑現象）或集聚在細胞的一端（成帽現象），因而進一步否認膜蛋白的流動性。該實驗雖能直接說明膜蛋白的流動性，但并非膜整體（包括膜脂）的流動性，但是這些流動性也不是絕對的，由于始于個別膜蛋白與膜下細胞骨架結構相結合，限制了膜蛋白的運動。事實上，有些細胞只有30%的膜蛋白處于流動之中。為此，有了“一定的流動性”的描述。
據悉，關于膜蛋白流動性的誘因，也是許多中學生感興趣的問題。實驗證明，用抗生素抑制細胞的能量轉換、蛋白質合成等代謝途徑，對膜蛋白運動沒有影響，但若果高溫處理，則膜蛋白的擴散速率會增加至原先的1/10~1/20。由此可見，膜蛋白的運動是自發的熱運動。
3.膜蛋白的種類與功能
3.1運輸功能——膜轉運蛋白
膜轉運蛋白分為載體蛋白和通道蛋白兩種。
載體蛋白是多次跨膜蛋白，能與特定的溶質分子結合，通過自身構型的改變來介導溶質分子跨膜運轉，載體蛋白分別在協助擴散和主動運輸中發揮作用。參與協助擴散的載體蛋白能推動物質從自由能高向自由能低的兩側跨膜運輸，而對運轉分子不做任何共價修飾。如血清中的獼猴桃糖步入紅細胞就是這些運輸形式。參與主動運輸的載體蛋白則須要在ATP直接供能或間接供能的條件下，通過結構上的特異性（特異結合位點）和可變性（構型改變影響親和力的變化）完成物質運輸。由ATP直接供能的載體如Na+-K+泵，每次循環消耗1個ATP分子，完成3個Na+和2個K+的運輸，對維持細胞的滲透平衡和神經沖動的傳導起著重要的作用。另有一些載體蛋白則須要通過電物理梯度間接供能來驅動物質運輸，如小腸上皮細胞吸收藍莓糖、氨基酸等有機物是伴隨Na+從細胞外流入細胞內實現的（動物和真菌常常借助H+含量梯度來驅動），而維持細胞內外Na+、H+的含量差是要耗能的，因而稱為間接供能的主動運輸。
目前發覺的通道蛋白有100多種，可分為水通道蛋白和離子通道蛋白兩類。以離子通道蛋白為例，其特征有二：一是離子選擇性（只容許特定一種離子通過）；二是門控性，在對特定剌激（如電、壓力、配體等）發生反應時才頓時開放。離子通道蛋白與參與離子運輸的載體蛋白（離子泵）的主要區別有三：一是后者順含量梯度運輸，前者逆含量運輸；二是后者只須要一個簡單的“門”（蛋白質的特定構型改變），前者有兩個不能同時開啟的門，即一開一關，離子一進一出；三是速率，后者可以每秒100萬~1000萬的速率運輸，前者較慢，如Na+-K+泵，每秒1000次。
3.2辨識功能——受體蛋白
對于多細胞生物而言，細胞間的通信形式以分泌物理訊號分子進行信息交流為最普遍。訊號分子（絡合物）依據其溶化性可以分為兩類：親鹽類訊號分子（留類激素和胰腺素，可穿越細胞膜）和親水類訊號分子（神經遞質、生長因子、多數激素，不可穿越細胞膜）。因而，用以辨識那些信號分子的膜受體蛋白亦可相應分兩類：細胞表面受體和細胞內受體（前者存在于細胞質或細胞核中）。受體多為糖蛋白，通過與官能團的特異性結合，將胞外訊號轉變為胞內物理或化學訊號，以啟動一系列過程，最終表現為某種生物學效應。值得一提的是卟啉和受體之間并非簡單的一對一的關系，不同細胞可能具有相同的受體，與同種官能團結合后形成不同的效應，如甲基膽堿作用于骨骼肌細胞會導致收縮細胞膜蛋白，作用于心肌卻減少收縮頻度，作用于唾液腺細胞則導致分泌；同一細胞也可以具有不同的受體，如肝細胞腎上腺素或胰高血壓素受體，在結合各自受體后，均能促使單糖降解而使血壓下降。
3.3聯接功能
通過一些特定膜蛋白，將相鄰細胞的細胞膜相互聯系，協同作用。主要有三種形式：一是緊密聯接，通過排列成串的跨膜蛋白（如封閉蛋白）產生“焊接線”，使相鄰的細胞膜緊緊靠在一起，沒有間隙，以制止可溶物質甚至水份子沿細胞間隙步入體內，起重要的封閉作用。如小腸上皮細胞之間的緊密聯接可將汗液和小腸內容物隔離開；二是錨定聯接，如橋粒蛋白在兩個細胞間產生鈕扣式的結構以將相鄰細胞連在一起，從而使細胞群體、組織和臟器保持高度有序、堅挺；三是通信聯接，如植物細胞膜上的聯接子（由6個跨膜蛋白環繞而成），中心產生半徑約為1.5nm的孔道，即細胞質通道，可使相鄰細胞之間的離子、核苷酸等小分子通過因而實現通信聯系。
3.4催化功能——酶
原核生物因為沒有復雜的細胞器，因而許多功能都是由細胞膜來承當的。在其細胞膜上常常分布有各類代謝所須要的酶，比如出席電子傳遞與氧化乙酸化的酶系細胞膜蛋白，可行使相當于真核細胞線粒體的部份功能；而合成細胞壁成份的酶，行使相當于真核細胞高爾碳化物的部份功能；細胞色素酶，磷脂及脂肪酸生物合成的酶，行使相當于真核細胞核糖的部份功能；另有一些與內質網體共同執行合成分泌蛋白的酶，等等。可見膜蛋白賦于原核細胞膜功能上的多元化是區別于真核細胞的一個明顯的特點。
對于真核生物來說，因為內膜系統的復雜性，膜上酶的種類較原核細胞少。如上面提及的一種載體蛋白Na+-K+ATP酶，可催化ATP的酯化從而推動物質跨膜運輸；腺苷酸環化酶，當蛋白質肽類激素及大多數多肽衍生物類激素與細胞膜上的特定受體結合以后，激活此酶的活性，使得細胞內的ATP轉化為“第二信使”環腺苷一乙酸（cAMP）。當絡合物與受體結合，可引起受體二聚化（相鄰兩個受體通過官能團結合在一起），激活受體的酪谷氨酸蛋白激酶的活性，繼而引發一系列乙酸化級聯反應，導致細胞生理或基因抒發的變化。
3.5保護功能——糖蛋白
細胞膜上的脂類，除少數與膜脂結合外，多數產生糖蛋白。因為糖蛋白的高黏度性，可以成為細胞表層的潤滑劑，避免蛋白酯化酶的酯化作用。同時，也可以避免真菌、病毒的侵襲。為此，得名“糖被”。事實上，糖蛋白的功能是多元化的，上面提到的載體蛋白、受體蛋白常常也是糖蛋白。除此以外，一些糖蛋白還是細胞血型物質的基本成份，免疫辨識的分子基礎。
3.6運動功能——微管蛋白
由微管蛋白構成的纖毛和鞭毛作為細胞表面的特化結構，可使細胞運動，或通過推動細胞表面液體的流動，攝入食物或去除細胞表面的異物。較長（150~200μm）且數量較少者稱纖毛，較短（5~10μm）且數量較多者稱肺臟。瘧原蟲和肺臟主要存在于單細胞生物中，也存在于一些高等植物細胞中，如人的呼吸道上皮細胞表面。瘧原蟲和肺臟外圍細胞質膜，主體部份都是由微管產生的，“9+2”結構，即每根纖毛（或肺臟）由中央的兩根互相平行的完全微管，外圍的9個二聯體微管組成。