结构生物化学/膜蛋白/膜蛋白的进化
尽管我们对分子膜机制和膜复杂拓扑结构的理解有了进展，但膜蛋白的进化和膜的结构仍不清楚。一种理解膜和膜蛋白起源的模型是，生物膜是三者的共同进化：脂质双层、膜蛋白和膜生物能学。(Mulkidjanian、Galperin、Koonin)
该模型的目的是提供对“LUCA”(最后通用共同祖先)将具有哪些特征的洞察。该模型的前提依赖于细胞生物体之间第一个分化是古菌和细菌之间的分化。利用这一点，就可以比较这两种生物体的成分，并试图推断其祖先中存在的共同特征。
关于“LUCA”膜的性质，有两个提议的论点。一个是脂肪酸是简单且能够非生物合成并被原始生物用作其膜的分子。另一个论点是多烯醇磷酸酯是第一个膜的可行分子，因为它们能够在钠的存在下形成囊泡。这将成为一种原始的阳离子转运机制。
F型和V型ATP酶被认为存在于(或这些蛋白质的某种形式)LUCA中，原因是它们在所有现代细胞生命中都是常见的。F型和V型ATP酶都利用ATP水解产生的能量将阳离子跨膜转运。然而，它们需要不可渗透的膜来建立离子梯度。据推测，原始膜中使用钠梯度来产生ATP。这是从以下观察推断出来的：F型和V型ATP酶具有利用质子动力势(PMF)和/或钠动力势(SMF)合成ATP的能力。然而，只有钠ATP酶可以转运质子和钠，而质子ATP酶只能转运质子。这是因为钠结合位点需要六个配体，而质子只需要一个可电离基团。这表明质子ATP酶是从钠ATP酶进化而来的，因此F型和V型ATP酶的共同祖先具有钠结合位点。因此，推断出利用钠梯度是LUCA合成ATP的一种方式。除了共同的钠结合位点之外，F型和V型ATP酶的结构相似，其中氨基酸组几乎相同。然而，这些ATP酶的中心柄亚基之间并没有密切的同源性，但催化六聚体与六聚体解旋酶同源。因此，可能的祖先将能够将生物材料被动地跨细胞转运。这与一个ATP驱动的解旋酶相结合，可能产生蛋白质转运酶(膜孔)。
蛋白质插入脂质膜的一种可能的理论是使用两亲性α-螺旋，它在膜表面二聚化，然后使用其他α-螺旋寡聚化，从而形成一个孔。这个想法源于α-螺旋自发插入脂质双层的事实。该理论的弱点在于，α-螺旋会通过在膜表面扩散而稳定在膜表面，而不是产生一个孔，而是产生类似于F型ATP酶的东西。
利用对细胞内电荷应为负的理解，多孔的原始膜足以保持电荷分离完整。这也可以导致电压依赖性膜蛋白。细胞通过其历史上细胞内较低的钠含量(由于需要保持钠含量与生命开始时的相似)以及通过不断变化的环境(海洋变得非常浓缩钠)，细胞发展出从钠浓度中获取能量的机制。这实质上导致了耦合膜离子转运的采用。这种机制直到海洋盐度上升才会出现，因此会导致钠密闭膜。质子密闭膜的发展更为复杂，尽管有一些关于这种现象的理论，但并没有定论。
Armen Y. Mulkidjanian, Michael Y. Galperin, and Eugene V. Koonin.(2009). "原始膜和膜蛋白的共同进化". PMID 19303305