Lipidni dvosloj
Lipidni dvoslojevi su veoma tanke polarne membrane sa dva sloja lipidnih molekula. Te membrane su ravne ploče koje formiraju neprekinutu barijeru oko ćelija. Ćelijske membrane skoro svih živih organizama i mnogih virusa su sa lipidnim dvoslojevima, kao što su i membrane koje okružuju jedro i druge ćelijske strukture. Lipidni dvosloj je pregrada kaja drži ione, proteine i ostale molekule, indje gdje su potrebne i sprečava njihovu difuziju u dijelove gdje oni nisu potrebni. Lipidni dvoslojevi su idealni za tu ulogu, a iako su debeli samo nekoliko nanometara, oni su nepropusni za većinu u vodi rastvorljivih (hidrofilnih) molekula. Dvoslojevi su posebno nepropusni za ione, što ćelijama omogućava reguliranje koncentracije i pH vrijednosti, pumpanjem iona kroz membrane pomoću proteinskih ionskih pumpi. Prirodni lipidni dvoslojevi se obično sastoje od fosfolipida, koji imaju hidrofilnu glavu i dva hidrofobna repa. Kada su fosfolipidi i u vodi, organiziraju se u dvoslojne ploče, tako da su svi repovi usmjereni ka centru ploče. Centar dvosloja skoro da i ne sadrži vodu i molekule kao što su šećeri ili soli. Ovaj proces je sličan stapanju kapljica ulja u vodi i usmjeren je istom silom, koja se naziva hidrofobni efekt. Budući da su lipidi dvoslojevi veoma krhki, a dvosloj veoma tanak, vidljivi su i standardnim svjetlosnim mikroskopom, ali je proučavanje dvosloja veoma kompleksan proces. Eksperimenti na dvoslojevima su često zasnovani na upotrebi elektronske mikroskopije i mikroskopa atomskih sila. Hemijska svojstva površine dvoslojeva mogu promijeniti fosfolipidi sa određenim čeonim grupama. Oni, naprimjer, mogu označiti ćeliju za razgradnju imunskim sistemom. Lipidni repovi mogu također uticati i na osobine membrane, naprimer određivanjem faze dvosloja. Dvosloj može, na nižim temperaturama, preći u stanje čvrstog gela i biti podvrgnut faznoj transformaciji u tečno stanje, na višim temperaturama. Pakovanje lipida u dvosloju također utiče na mehanička svojstva, uključujući otpornost na rastezanje i savijanje. Mnoga od ovih svojstava su proučavana putem veštačkih „modela“ dvoslojeva proizvedenih u laboratoriji. Vezikule napravljene u modelima dvosloja su isto tako korištene i za kliničku primjenu lijeka. Biološke membrane, pored fosfolipida, tipski uključuju i nekoliko tipova lipida. U životinjskim ćelijama, posebno važan primjer je holesterol, koji pomaže ojačavanju dvosloja i smanjenju njegove propustljivosti. Holesterol također pomaže u reguliranju aktivnosti pojedinih integralnih membranskih proteina. Ovi membranski proteini funkcioniraju kada su inkorporirani u lipidnom dvosloju. Pošto dvoslojevi definiraju granice ćelije i njenih kompartmana, ti membranski proteini učestvuju u mnogim unutar- i međućelijskim signalnim procesima. Pojedine vrste membranskih proteina učestvuju u procesu stapanja dva dvosloja. Ta fuzija omogućava spajanje dvije zasebne strukture, na primjer prilikoimoplodnje jajeta spermatozoidom ili ulaza virusa u ćeliju.