Solo una barriera molto sottile e flessibile separa il contenuto di una cellula dal suo ambiente. La funzione della membrana cellulare consente selettivamente lo scambio e il passaggio di determinate molecole mantenendo fuori le sostanze indesiderate. Parti della membrana cellulare consentono inoltre alla cellula di comunicare con altre cellule e l'ambiente circostante. Sia le piante che gli animali possiedono membrane cellulari, ma la loro struttura e organizzazione della membrana cellulare differisce, come piante, lieviti e batteri hanno una parete cellulare rigida all'esterno della membrana per ulteriore supporto e struttura. Le funzioni uniche della membrana cellulare ne determinano la struttura e le proprietà.
Componente fosfolipidico
Una struttura a due strati di speciali molecole lipidiche, chiamate fosfolipidi, costituisce la membrana cellulare. Ogni fosfolipide ha due catene di acidi grassi attaccate a una testa di fosfato-glicerolo. Gli acidi grassi sono idrofobici (odiosi per l'acqua) mentre la testa del fosfato è idrofila (amante dell'acqua). I due strati di fosfolipidi si posizionano in modo tale che gli acidi grassi si trovino all'interno degli strati o foglioline. Secondo "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane", quando arriva la membrana a doppio strato a contatto con l'acqua, le molecole fosfolipidiche si riorganizzano per tenere lontane le code degli acidi grassi acqua.
Componente proteica
Due tipi di proteine sono sparse in tutta la membrana cellulare: proteine integrali e proteine periferiche. Le proteine integrali, costituite da lunghe catene di amminoacidi, attraversano l'intera membrana. Alcune parti della proteina interagiscono con l'ambiente esterno e altre parti interagiscono con l'interno della cellula. Quindi, le proteine integrali sono anche chiamate proteine transmembrana. Le proteine integrali hanno due funzioni principali. Agiscono come pori che consentono determinati "ioni o sostanze nutritive nella cellula" e "trasmettono segnali dentro e fuori la cellula", secondo James Burnette III nell'articolo Carnegie-Mellon.
Al contrario, le proteine periferiche si attaccano solo alla superficie della membrana e fungono da ancore per il citoscheletro o le fibre extracellulari.
Carboidrati e colesterolo
Un rivestimento di carboidrati noto come glicocalice copre la superficie cellulare. Il glicocalice è costituito da brevi oligosaccaridi attaccati a determinati tipi di proteine transmembrana. Secondo "The Cell: Structure of the Plasma Membrane", il glicocalice fornisce l'identità di una cellula. Fondamentalmente fornisce una serie di marcatori in grado di distinguere tra cellule identiche e cellule estranee o invadenti. Il glicocalice serve anche a proteggere la superficie cellulare.
I colesterolo sono un altro tipo di lipidi che si trovano sulla membrana cellulare. Sparsi in tutto l'interno degli acidi grassi, i colesterolo impediscono alle code di compattarsi troppo e aiutano a mantenere fluida la membrana.
Proprietà del mosaico
Proposta per la prima volta da Singer e Nicolson (“Science”, 18 febbraio 1972) come Fluid Mosaic Model, la membrana cellulare ha due caratteristiche essenziali che le consentono di svolgere le sue funzioni. Innanzitutto, la membrana cellulare è una struttura a mosaico di diverse molecole. Ogni tipo di cellula negli organismi multicellulari e unicellulari avrà una collezione e una combinazione uniche di proteine, carboidrati e lipidi. Ad esempio, Burnette di Carnegie-Mellon afferma che la membrana dei globuli rossi ha più di 50 tipi di proteine.
Proprietà del fluido
La seconda proprietà della membrana cellulare è la sua fluidità. I fosfolipidi si muovono liberamente e si riorganizzano all'interno di ogni strato della membrana, ma raramente attraversano la regione idrofoba e si trasferiscono allo strato opposto, secondo Burnette. Le teste idrofile sono sempre sulla periferia esterna e le code idrofobe rimangono nel nucleo del doppio strato.
La proprietà fluida della membrana si traduce in doppi strati asimmetrici. Burnette descrive che, in risposta al cambiamento degli ambienti o alle diverse temperature all'interno e all'esterno della cella, potrebbe esserci più proteine o molecole di carboidrati su ogni strato in qualsiasi momento, consentendo il passaggio selettivo di molecole e ioni attraverso il membrana.
Un'illustrazione delle proprietà del mosaico fluido della membrana cellulare è presentata a "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane".