內膜系統（Endomembrane System）是真核細胞中一組在功能與結構上相互關聯的膜性胞器網路。從演化觀點，內膜系統的起源可追溯至原始真核細胞的質膜內摺（invagination hypothesis）——核膜和內質網可能由原核祖先的細胞膜向內摺疊衍生而來，這與 Lynn Margulis 的內共生理論（endosymbiotic theory）所解釋的粒線體和葉綠體起源形成互補。
內質網的蛋白質品質管控
RER 是分泌途徑（secretory pathway）的起點。核糖體上新生多肽的 N 端信號肽被信號辨識粒子（SRP）結合後，SRP-核糖體複合物對接到 ER 膜上的 SRP 受體（SR），多肽隨後通過 Sec61 轉位子（translocon）進入 ER 管腔。在管腔中，寡醣轉移酶（OST）將預組裝的 14 糖核心寡醣（Glc₃Man₉GlcNAc₂）轉移至 Asn-X-Ser/Thr 序列的 Asn 殘基上（N-linked glycosylation）。
ER 的蛋白質品管依賴「鈣連蛋白/鈣網蛋白循環」（calnexin/calreticulin cycle）：UGGT（UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase）作為摺疊感測器，偵測未正確摺疊的蛋白質並重新加上葡萄糖殘基，使其再次進入摺疊循環。反覆摺疊失敗的蛋白質則透過 ERAD 途徑被逆向轉運至細胞質，經泛素-蛋白酶體系統降解。當未摺疊蛋白質大量累積時，會觸發未摺疊蛋白反應（UPR），活化三條主要信號通路：IRE1α（剪接 XBP1 mRNA）、PERK（磷酸化 eIF2α 抑制整體轉譯）和 ATF6（蛋白水解活化後進入核調控基因表現）。
高基氏體的極性與分選機制
高基氏體的 cis→medial→trans 極性反映了醣基修飾的順序處理。cis 池移除甘露糖殘基（甘露糖苷酶 I），medial 池加上 GlcNAc（GlcNAc 轉移酶 I），trans 池加上半乳糖和唾液酸。「膜成熟模型」（cisternal maturation model）認為膜囊本身從 cis 向 trans 移動，而駐留酵素透過 COPI 囊泡逆向回收以維持各區的酵素組成。
溶體酵素的分選依賴 M6P 標記：GlcNAc 磷酸轉移酶在 cis-Golgi 識別溶體酵素的信號斑塊（signal patch），加上 GlcNAc-磷酸，隨後移除 GlcNAc 暴露 M6P。M6P 受體（MPR）在 TGN 捕獲標記的酵素，以網格蛋白被覆囊泡運往晚期內體/溶體。I-cell disease（包涵體細胞病）即因 GlcNAc 磷酸轉移酶缺陷，所有溶體酵素無法被標記而被分泌至細胞外。
囊泡運輸的分子邏輯
外被蛋白的組裝與去組裝由小 GTPase 調控：Sar1（COPII）、ARF1（COPI 和 clathrin）。以 COPII 為例：Sec12（GEF）活化 Sar1-GTP → Sar1 插入 ER 膜 → 招募 Sec23/24（貨物選擇）→ 招募 Sec13/31（外籠形成）→ 囊泡出芽。SNARE 介導的膜融合需要 NSF（ATPase）和 α-SNAP 的協助來解開用過的 SNARE 複合物以供循環使用。Rab GTPase 家族（人類有超過 60 種）提供囊泡靶向的特異性——每種 Rab 蛋白定位在特定的膜區室，招募不同的效應蛋白（tethering factors）實現初始對接。
近年的超解析顯微鏡和活細胞成像研究揭示，內膜系統並非靜態的固定結構，而是高度動態的連續網路——ER 與粒線體、脂滴和過氧化體之間存在膜接觸位點（membrane contact sites, MCS），進行脂質轉移和鈣離子信號傳遞，重新定義了胞器間溝通的概念。