Seule une barrière très fine et souple sépare le contenu d'une cellule de son environnement. La fonction de la membrane cellulaire permet sélectivement l'échange et le passage de certaines molécules tout en empêchant les substances indésirables d'entrer. Des parties de la membrane cellulaire permettent également à la cellule de communiquer avec d'autres cellules et l'environnement qui l'entoure. Les plantes et les animaux possèdent des membranes cellulaires, mais leur structure et organisation de membrane cellulaire diffère, comme les plantes, les levures et les bactéries ont une paroi cellulaire rigide à l'extérieur de la membrane pour un support et une structure supplémentaires. Les fonctions uniques de la membrane cellulaire dictent sa structure et ses propriétés.
Composant phospholipidique
Une structure à deux couches de molécules lipidiques spéciales, appelées phospholipides, constitue la membrane cellulaire. Chaque phospholipide possède deux chaînes d'acides gras attachées à une tête phosphate-glycérol. Les acides gras sont hydrophobes (qui détestent l'eau) alors que la tête de phosphate est hydrophile (qui aime l'eau). Les deux couches de phospholipides se positionnent de telle sorte que les acides gras se trouvent à l'intérieur des couches ou des feuillets. Selon « Carnegie-Mellon: La structure et la fonction de la membrane cellulaire », lorsque la membrane bicouche vient au contact de l'eau, les molécules de phospholipides se réorganisent pour éloigner les queues d'acides gras de l'eau.
Composant protéique
Deux types de protéines sont dispersées à travers la membrane cellulaire: les protéines intégrales et les protéines périphériques. Les protéines intégrales, constituées de longues chaînes d'acides aminés, traversent toute la membrane. Certaines parties de la protéine interagissent avec l'environnement extérieur et d'autres parties interagissent avec l'intérieur de la cellule. Par conséquent, les protéines intégrales sont également appelées protéines transmembranaires. Les protéines intégrales ont deux fonctions principales. Ils agissent comme des pores qui permettent à certains "ions ou nutriments d'entrer dans la cellule" et ils "transmettent des signaux dans et hors de la cellule", selon James Burnette III dans l'article de Carnegie-Mellon.
En revanche, les protéines périphériques se fixent uniquement à la surface de la membrane et servent d'ancrage pour le cytosquelette ou les fibres extracellulaires.
Glucides et cholestérol
Une couche de glucides connue sous le nom de glycocalyx recouvre la surface cellulaire. Le glycocalyx est constitué d'oligosaccharides courts attachés à certains types de protéines transmembranaires. Selon « La cellule: Structure de la membrane plasmique », le glycocalyx fournit l'identité d'une cellule. Il fournit essentiellement un ensemble de marqueurs qui peuvent faire la distinction entre des cellules identiques et des cellules étrangères ou envahissantes. Le glycocalyx sert également à protéger la surface cellulaire.
Les cholestérols sont un autre type de lipides présents sur la membrane cellulaire. Dispersés dans tout l'intérieur des acides gras, les cholestérols empêchent les queues de se tasser trop étroitement et aident à garder la membrane fluide.
Propriété en mosaïque
Proposée pour la première fois par Singer et Nicolson (« Science », 18 février 1972) sous le nom de Fluid Mosaic Model, la membrane cellulaire possède deux caractéristiques essentielles qui lui permettent de remplir ses fonctions. Premièrement, la membrane cellulaire est une structure en mosaïque de différentes molécules. Chaque type de cellule dans les organismes multicellulaires et unicellulaires aura une collection et une combinaison uniques de protéines, de glucides et de lipides. À titre d'exemple, Burnette de Carnegie-Mellon mentionne que la membrane des globules rouges contient plus de 50 types de protéines.
Propriété fluide
La deuxième propriété de la membrane cellulaire est sa fluidité. Les phospholipides se déplacent librement et se réorganisent dans chaque couche de la membrane, mais ils traversent rarement la région hydrophobe et se transfèrent vers la couche opposée, selon Burnette. Les têtes hydrophiles sont toujours sur la périphérie externe et les queues hydrophobes restent au cœur de la bicouche.
La propriété fluide de la membrane se traduit par des bicouches asymétriques. Burnette décrit que, en réponse à des environnements changeants ou à des températures différentes à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, il peut y avoir plus des protéines ou des molécules de glucides sur chaque couche à tout moment, permettant le passage sélectif des molécules et des ions à travers le membrane.
Une illustration des propriétés de la mosaïque fluide de la membrane cellulaire est présentée à "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane".