Μια μεμβράνη ζωικών κυττάρων είναι το φράγμα μεταξύ του εσωτερικού του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος, παρόμοιο με το πώς δρα το δέρμα ως φράγμα για τα σώματα των σπονδυλωτών. ο δομή κυτταρικής μεμβράνης είναι ένα ρευστό μωσαϊκό από τρεις τύπους οργανικών μορίων: λιπίδια, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες. Η κυτταρική μεμβράνη ελέγχει την κίνηση ουσιών όπως θρεπτικών ουσιών και αποβλήτων κατά μήκος της μεμβράνης, μέσα και έξω από το κύτταρο.
Φωσφολιπιδική διπλοστοιβάδα
Τα βασικά δομικά στοιχεία μιας κυτταρικής μεμβράνης είναι φωσφολιπίδια. Τα φωσφολιπίδια περιέχουν ένα υδρόφοβο (αδιάλυτο στο νερό) άκρο που αποτελείται από δύο αλυσίδες λιπαρών οξέων μη πολικών μορίων όπως άνθρακες και υδρογόνα. Το άλλο άκρο είναι υδρόφιλο (διαλυτό στο νερό) και περιέχει μόρια πολικών φωσφορικών. Αυτά τα φωσφολιπίδια είναι διατεταγμένα σε διπλή στιβάδα με την υδρόφιλη ακραία ομάδα τους εκτεθειμένη σε νερό σε κάθε πλευρά της μεμβράνης και τα υδρόφοβα μη πολικά μόρια προστατευμένα μέσα στη διπλή στιβάδα. Η στιβάδα λιπιδίων περιλαμβάνει περίπου το ήμισυ της συνολικής μάζας της μεμβράνης, ανάλογα με τον τύπο της μεμβράνης. Η χοληστερόλη είναι ένας άλλος τύπος λιπιδίου μέσα σε μια κυτταρική μεμβράνη. Τα μόρια χοληστερόλης τοποθετούνται εντός της διπλής στιβάδας για σύνδεση των μορίων λιπαρού οξέος και σταθεροποίηση και ενίσχυση της μεμβράνης.
Ενσωματωμένες πρωτεΐνες
Οι πρωτεΐνες αποτελούν μεταξύ 25 τοις εκατό και 75 τοις εκατό της κυτταρικής μεμβράνης μάζας, ανάλογα με τον τύπο της μεμβράνης. Οι πρωτεΐνες μεμβράνης εισάγονται στη διπλή στιβάδα φωσφολιπιδίου στις εκτεθειμένες επιφάνειες και εκτελούν τις διάφορες λειτουργίες του κυττάρου. Οι πρωτεΐνες θεωρούνται αναπόσπαστες ή περιφερειακές, ανάλογα με τη σχέση τους με τη μεμβράνη. Οι περιφερειακές πρωτεΐνες κάθονται στη μία πλευρά της επιφάνειας της μεμβράνης και συνδέονται έμμεσα μέσω αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών και πρωτεϊνών. Ολοκληρωμένες ή διαμεμβρανικές πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες εντός της μεμβράνης, εκτεθειμένες στο περιβάλλον και από τις δύο πλευρές.
Γλυκοπρωτεΐνες και γλυκολιπίδια
Οι υδατάνθρακες αποτελούν μόνο ένα μικρό ποσοστό της κυτταρικής μεμβράνης αλλά έχουν σημαντικές λειτουργίες. Τα μόρια υδατανθράκων είναι γενικά βραχείες, διακλαδισμένες αλυσίδες απλών μονάδων σακχάρου και συνδέονται ομοιοπολικά στην επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης στις περισσότερες από τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης και περιστασιακά στη διπλή στιβάδα λιπιδίου εαυτό. Όταν οι υδατάνθρακες συνδέονται με τις πρωτεΐνες ή τα λιπίδια, ονομάζονται γλυκοπρωτεΐνες και γλυκολιπίδια. Οι υδατάνθρακες στην επιφάνεια μιας κυτταρικής μεμβράνης ποικίλλουν σημαντικά μεταξύ μεμονωμένων κυττάρων, κυτταρικών τύπων, ατόμων στο ίδιο είδος και είδους σε είδος. Αυτή η ποικιλία επιτρέπει στους υδατάνθρακες να λειτουργούν ως δείκτες για τη διαφοροποίηση ενός κελιού από το άλλο.
Λειτουργίες και αλληλεπιδράσεις
Η κύρια λειτουργία της διπλοστιβάδας φωσφολιπιδίου είναι να προστατεύουν και διατηρούν τη δομή των κυττάρων. Το διπλό στρώμα επιτρέπει ρευστότητα και κίνηση των σχετικών πρωτεϊνών για τις απαραίτητες αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης. Οι αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών είναι απαραίτητες για τη λειτουργία των κυττάρων.
Οι περιφερειακές πρωτεΐνες δρουν ως υποδοχείς για χημικές ουσίες όπως οι ορμόνες και επιτρέπουν την κυτταρική σηματοδότηση ή αναγνώριση. Στην εσωτερική επιφάνεια του κελιού, συνδέονται με το κυτταροσκελετός, βοηθώντας στη διατήρηση του σχήματος ή καταλύει αντιδράσεις στο κυτταρόπλασμα. Οι ακέραιες πρωτεΐνες μεταφέρουν μόρια στην επιφάνεια της μεμβράνης, και αυτά που συνδέονται με υδατάνθρακες ως γλυκοπρωτεΐνες εμπλέκονται στην αναγνώριση κυττάρων σε κύτταρο.
Χωρίς τους διαφορετικούς δείκτες υδατανθράκων στην επιφάνεια της εξωκυτταρικής μεμβράνης, τα κύτταρα δεν θα μπορούσαν να ταξινομήσουν και διαφοροποιούν τα κύτταρα κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του εμβρύου, για παράδειγμα, ή επιτρέπουν στο ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει ξένα κύτταρα.