Cellemembran

Funksjon

Cellemembranen er semipermeabel, skiller cellens indre fra miljøet rundt og markerer grensen mellom intercellulært og ekstracellulært rom. Sopp, bakterier og planter har ofte en ekstra barriere, en cellevegg, utenfor cellemembranen, men denne er mest til for strukturell støtte og kjemiske forbindelser kan ofte lett passere gjennom ved diffusjon. Membranens primære oppgave er å regulere hvilke stoffer som skal få slippe inn og ut av cellen. Transport over membranen kan enten skje ved passiv transport, der cellen ikke trenger å tilføre energi, eller ved aktiv transport der cellen må tilføre en stor energi for å tvinge stoffer gjennom.

Lipid Dobbeltlag

Cellemembranen består av et tynt lag av amfipatiske lipider, særlig fosfolipider. Når fosfolipider er i et vannholdig miljø vil de spontant danne et dobbeltlag. I dette laget vil de hydrofobe halene peke inn mot hverandre mens de hydrofile hodene peker ut mot vann. Dette skjer som et resultat av hydrofobe stoffers manglende evne til å danne hydrogenbindinger med vann. Membranen får derfor en hydrofob kjerne og hindrer dermed polare stoffer i å trenge gjennom med enkel diffusjon.

Membranproteiner

Alle biologiske membraner inneholder proteiner, en standard plasmamembran inneholder omtrent ett protein for hvert 25 fosfolipid. Dette kan variere veldig mellom ulike membraner med ulike funksjoner og være så lavt som 1 per 70 i myelin eller så høyt som 1 per 15 i indremembranen til mitokondriene. Disse proteinene er spredt utover membranen og er viktige for celleadhesjon, transport og kommunikasjon.

Den flytende mosaikkmodellen

Lipid dobbeltlaget stabiliserer membranstrukturen, men denne strukturen er samtidig svært fleksibel. Den hydrofobe kjernen i membranen er delvis flytende og tillater molekyler å bevege seg fra side til side. Et enkelt fosfolipidmolekyl kan nå den andre siden av cellen på få sekunder. Membranproteinene flyter rundt i denne lipidsjøen og befinner seg i utgangspunktet heller ikke på samme sted over lengre tid. Cellen kan etter behov forhindre fri flyt av proteiner ved hjelp av lipid rafts og tight junctions. Denne måten å forklare membranens egenskaper på blir kalt den flytende mosaikkmodellen.

Sammensetning

Cellemembranen består hovedsakelig av tre forskjellige komponenter: proteiner, lipider og karbohydrater. Materiale kan innføres eller fjernes fra membranen ved hjelp av vesikler. Når vesikler smelter sammen med plasmamembranen og tømmer sitt innhold ut av cellen (exocytose), blir samtidig membrankomponentene til vesikkelen inkludert i plasmamembranen. Det motsatte skjer når cellen absorberer komponenter (endocytose) og membrankomponentene blir sendt inn i cellen..

Lipider

Cellemembranen består av tre klasser av lipider: fosfolipider, glycolipider og steroider. Forholdet mellom dem varierer mellom ulike celletyper, men fosfolipidene er som oftest i flertall. 
Sammensetningen av fosfolipider påvirker viskositeten til membranen. Økning av halelengde og metningsgrad fører til redusert viskositet. Dette skjer som et resultat av at umettede lipider får en knekk på hydrokarbonkjeden som hindrer dem i å bli pakket tett sammen. Smeltepunktet til membranen synker og viskositeten øker. I dyreceller kan opptil 25% av lipidinnholdet i en membran være kolesterol. Kolesterol forsterker membranen og gjør den stivere. Et kolesterolmolekyl befinner seg vanligvis ved siden av en umettet fettsyre.

Proteiner

Cellemembranen inneholder et stort antall proteiner av forskjellige typer. Disse har forskjellig struktur etter hvilken oppgave de har og kan befinne seg utenpå, inni eller trengt gjennom membranen. Proteiner som skal integreres i plasmamembranen blir transkribert og forankret i membranen til endoplasmatisk retikulum og så transportert ut til plasmamembranen via vesikkeltransport.  
Vi skiller vanligvis mellom to typer membranproteiner: Integrerte og perifere.
Integrerte membranproteiner har hydrofobe områder som trenger inn i fosfolipidlaget i membranen. Disse regionene består ofte av lange, hydrofobe, alfaheliske strukturer som strekker seg gjennom kjernen til dobbeltlaget. De hydrofile delene av proteinet stikker ut i det vannholdige miljøet på en av membranens sider. Dersom proteinet trenger helt gjennom membranen er proteinet transmembrant. Disse proteinene er viktige for både transport og kommunikasjon ettersom både ionekanaler og reseptorer er transmembrane.     
Perifere membranproteiner mangler hydrofobiske områder og er derfor ikke integrert i dobbeltlaget. Disse proteinene har polare regioner som binder seg til polare områder på integrerte membranproteiner, eller med de polare hodene på fosfolipidmolekyler.

Karbohydrater

I tillegg til proteiner og lipider består cellemembranen også av en omfattende andel karbohydrater. Disse sitter fast på den ytre overflaten av membranen og blir brukt som gjenkjennelsesområder for andre celler og molekyler. Karbohydratene på cellemembranen er vanligvis bundet til  proteiner eller lipider og fremstår da som glycoproteiner og glycolipider.