結構生物化學/膜蛋白/膜蛋白的進化
儘管我們對分子膜機制和膜複雜拓撲結構的理解有了進展，但膜蛋白的進化和膜的結構仍不清楚。一種理解膜和膜蛋白起源的模型是，生物膜是三者的共同進化：脂質雙層、膜蛋白和膜生物能學。(Mulkidjanian、Galperin、Koonin)
該模型的目的是提供對“LUCA”(最後通用共同祖先)將具有哪些特徵的洞察。該模型的前提依賴於細胞生物體之間第一個分化是古菌和細菌之間的分化。利用這一點，就可以比較這兩種生物體的成分，並試圖推斷其祖先中存在的共同特徵。
關於“LUCA”膜的性質，有兩個提議的論點。一個是脂肪酸是簡單且能夠非生物合成並被原始生物用作其膜的分子。另一個論點是多烯醇磷酸酯是第一個膜的可行分子，因為它們能夠在鈉的存在下形成囊泡。這將成為一種原始的陽離子轉運機制。
F型和V型ATP酶被認為存在於(或這些蛋白質的某種形式)LUCA中，原因是它們在所有現代細胞生命中都是常見的。F型和V型ATP酶都利用ATP水解產生的能量將陽離子跨膜轉運。然而，它們需要不可滲透的膜來建立離子梯度。據推測，原始膜中使用鈉梯度來產生ATP。這是從以下觀察推斷出來的：F型和V型ATP酶具有利用質子動力勢(PMF)和/或鈉動力勢(SMF)合成ATP的能力。然而，只有鈉ATP酶可以轉運質子和鈉，而質子ATP酶只能轉運質子。這是因為鈉結合位點需要六個配體，而質子只需要一個可電離基團。這表明質子ATP酶是從鈉ATP酶進化而來的，因此F型和V型ATP酶的共同祖先具有鈉結合位點。因此，推斷出利用鈉梯度是LUCA合成ATP的一種方式。除了共同的鈉結合位點之外，F型和V型ATP酶的結構相似，其中氨基酸組幾乎相同。然而，這些ATP酶的中心柄亞基之間並沒有密切的同源性，但催化六聚體與六聚體解旋酶同源。因此，可能的祖先將能夠將生物材料被動地跨細胞轉運。這與一個ATP驅動的解旋酶相結合，可能產生蛋白質轉運酶(膜孔)。
蛋白質插入脂質膜的一種可能的理論是使用兩親性α-螺旋，它在膜表面二聚化，然後使用其他α-螺旋寡聚化，從而形成一個孔。這個想法源於α-螺旋自發插入脂質雙層的事實。該理論的弱點在於，α-螺旋會透過在膜表面擴散而穩定在膜表面，而不是產生一個孔，而是產生類似於F型ATP酶的東西。
利用對細胞內電荷應為負的理解，多孔的原始膜足以保持電荷分離完整。這也可以導致電壓依賴性膜蛋白。細胞透過其歷史上細胞內較低的鈉含量(由於需要保持鈉含量與生命開始時的相似)以及透過不斷變化的環境(海洋變得非常濃縮鈉)，細胞發展出從鈉濃度中獲取能量的機制。這實質上導致了耦合膜離子轉運的採用。這種機制直到海洋鹽度上升才會出現，因此會導致鈉密閉膜。質子密閉膜的發展更為複雜，儘管有一些關於這種現象的理論，但並沒有定論。
Armen Y. Mulkidjanian, Michael Y. Galperin, and Eugene V. Koonin.(2009). "原始膜和膜蛋白的共同進化". PMID 19303305