Eine tierische Zellmembran ist die Barriere zwischen dem Inneren der Zelle und der äußeren Umgebung, ähnlich wie die Haut als Barriere für den Körper von Wirbeltieren fungiert. Das Zellmembranstruktur ist ein flüssiges Mosaik aus drei Arten organischer Moleküle: Lipide, Proteine und Kohlenhydrate. Die Zellmembran steuert die Bewegung von Substanzen wie Nährstoffen und Abfallstoffen durch die Membran in die und aus der Zelle.
Phospholipid Doppelschicht
Die Grundbausteine einer Zellmembran sind Phospholipide. Phospholipide enthalten ein hydrophobes (wasserunlösliches) Ende, das aus zwei Fettsäureketten unpolarer Moleküle wie Kohlenstoff und Wasserstoff besteht. Das andere Ende ist hydrophil (wasserlöslich) und enthält polare Phosphatmoleküle. Diese Phospholipide sind in einer Doppelschicht angeordnet, wobei ihre hydrophilen Endgruppen auf jeder Seite der Membran dem Wasser ausgesetzt sind und die hydrophoben unpolaren Moleküle innerhalb der Doppelschicht geschützt sind. Die Lipidschicht macht je nach Membrantyp etwa die Hälfte der Gesamtmasse der Membran aus. Cholesterin ist eine andere Art von Lipid innerhalb einer Zellmembran. Cholesterinmoleküle sind innerhalb der Doppelschicht positioniert, um die Fettsäuremoleküle zu verbinden und die Membran zu stabilisieren und zu stärken.
Eingebettete Proteine
Proteine machen je nach Membrantyp zwischen 25 und 75 Prozent der Zellmembranmasse aus. Membranproteine werden an den exponierten Oberflächen in die Phospholipiddoppelschicht eingebaut und erfüllen die verschiedenen Funktionen der Zelle. Proteine werden je nach ihrer Assoziation mit der Membran entweder als integral oder peripher betrachtet. Periphere Proteine sitzen auf einer Seite der Membranoberfläche und assoziieren indirekt durch Protein-zu-Protein-Wechselwirkungen. Integrale oder transmembrane Proteine sind in die Membran eingebettet und auf beiden Seiten der Umgebung ausgesetzt.
Glykoproteine und Glykolipide
Kohlenhydrate machen nur einen kleinen Prozentsatz der Zellmembran aus, haben aber wichtige Funktionen. Kohlenhydratmoleküle sind im Allgemeinen kurze, verzweigte Ketten einfacher Zuckereinheiten und kovalent verbunden auf der Zellmembranoberfläche zu den meisten integralen Membranproteinen und gelegentlich zur Lipiddoppelschicht selbst. Wenn Kohlenhydrate an Proteine oder Lipide gebunden sind, werden sie Glykoproteine und Glykolipide genannt. Kohlenhydrate auf der Oberfläche einer Zellmembran variieren signifikant zwischen einzelnen Zellen, Zelltypen, Individuen derselben Spezies und Spezies zu Spezies. Diese Vielfalt lässt die Kohlenhydrate als Marker zu fungieren, um eine Zelle von einer anderen zu unterscheiden.
Funktionen und Interaktionen
Die Hauptfunktion der Phospholipid-Doppelschicht besteht darin, schützen und erhalten die Zellstruktur. Die Doppelschicht ermöglicht Flüssigkeit und Bewegung der assoziierten Proteine für notwendige Proteininteraktionen. Proteininteraktionen sind für die Zellfunktion essentiell.
Periphere Proteine fungieren als Rezeptoren für Chemikalien wie Hormone und ermöglichen die Zellsignalisierung oder -erkennung. An der inneren Oberfläche der Zelle heften sie sich an die Zytoskelett, hilft, die Form zu erhalten oder Reaktionen im Zytoplasma zu katalysieren. Integrale Proteine transportieren Moleküle über die Membranoberfläche, und diejenigen, die als Glykoproteine an Kohlenhydrate gebunden sind, sind an der Zell-Zell-Erkennung beteiligt.
Ohne die diversen Kohlenhydratmarker auf der extrazellulären Membranoberfläche wären Zellen nicht in der Lage, sich zu sortieren und zum Beispiel während der Embryonalentwicklung Zellen differenzieren oder dem Immunsystem ermöglichen, Fremdkörper zu erkennen Zellen.