Een dierlijk celmembraan is de barrière tussen de binnenkant van de cel en de externe omgeving, vergelijkbaar met hoe de huid fungeert als een barrière voor het lichaam van gewervelde dieren. De celmembraan structuur is een vloeibaar mozaïek gemaakt van drie soorten organische moleculen: lipiden, eiwitten en koolhydraten. Het celmembraan regelt de beweging van stoffen zoals voedingsstoffen en afvalstoffen door het membraan, in en uit de cel.
Fosfolipide dubbellaag
De basisbouwstenen van een celmembraan zijn: fosfolipiden. Fosfolipiden bevatten een hydrofoob (onoplosbaar in water) uiteinde dat bestaat uit twee vetzuurketens van niet-polaire moleculen zoals koolstoffen en waterstofatomen. Het andere uiteinde is hydrofiel (oplosbaar in water) en bevat polaire fosfaatmoleculen. Deze fosfolipiden zijn gerangschikt in een dubbellaag met hun hydrofiele eindgroep blootgesteld aan water aan elke kant van het membraan en de hydrofobe niet-polaire moleculen beschermd in de dubbele laag. De lipidelaag omvat ongeveer de helft van de totale massa van het membraan, afhankelijk van het membraantype. Cholesterol is een ander type lipide in een celmembraan. Cholesterolmoleculen worden in de dubbellaag gepositioneerd om de vetzuurmoleculen te verbinden en het membraan te stabiliseren en te versterken.
Ingebedde eiwitten
Eiwitten vormen tussen de 25 en 75 procent van de celmembraanmassa, afhankelijk van het membraantype. Membraaneiwitten worden op de blootgestelde oppervlakken in de fosfolipidedubbellaag ingebracht en vervullen de verschillende functies van de cel. Eiwitten worden als integraal of perifeer beschouwd, afhankelijk van hun associatie met het membraan. Perifere eiwitten zitten aan één kant van het membraanoppervlak en associëren indirect via eiwit-tot-eiwit interacties. Integrale of transmembraan-eiwitten zijn ingebed in het membraan, aan beide zijden blootgesteld aan de omgeving.
Glycoproteïnen en glycolipiden
Koolhydraten vormen slechts een klein percentage van het celmembraan, maar hebben belangrijke functies. Koolhydraatmoleculen zijn over het algemeen korte, vertakte ketens van eenvoudige suikereenheden en zijn covalent aan elkaar gehecht op het celmembraanoppervlak naar de meeste integrale membraaneiwitten en soms naar de lipidedubbellaag zelf. Wanneer koolhydraten zijn gebonden aan de eiwitten of lipiden, worden ze glycoproteïnen en glycolipiden genoemd. Koolhydraten op het oppervlak van een celmembraan variëren aanzienlijk tussen individuele cellen, celtypes, individuen in dezelfde soort en soort tot soort. Door deze diversiteit kunnen de koolhydraten om te functioneren als markers om de ene cel van de andere te onderscheiden.
Functies en interacties
De belangrijkste functie van de fosfolipide dubbellaag is: celstructuur beschermen en behouden. De dubbellaag maakt het mogelijk vloeibaarheid en beweging van de bijbehorende eiwitten voor noodzakelijke eiwitinteracties. Eiwitinteracties zijn essentieel voor de celfunctie.
Perifere eiwitten werken als receptoren voor chemicaliën zoals hormonen en maken celsignalering of -herkenning mogelijk. Aan de binnenkant van de cel hechten ze zich aan de cytoskelet, helpen vorm te behouden of reacties in het cytoplasma te katalyseren. Integrale eiwitten transporteren moleculen over het membraanoppervlak, en die welke aan koolhydraten zijn gebonden als glycoproteïnen zijn betrokken bij cel-naar-cel herkenning.
Zonder de diverse koolhydraatmarkers op het extracellulaire membraanoppervlak zouden cellen niet kunnen sorteren en cellen differentiëren tijdens bijvoorbeeld de embryonale ontwikkeling, of het immuunsysteem toestaan om vreemde cellen.