Doar o barieră foarte subțire și flexibilă separă conținutul unei celule de mediul său. Funcția de membrană celulară permite în mod selectiv schimbul și trecerea anumitor molecule, păstrând în același timp substanțele nedorite. Părți ale membranei celulare permit, de asemenea, celulei să comunice cu alte celule și cu mediul din jurul ei. Atât plantele, cât și animalele posedă membrane celulare, dar structura și organizarea lor membrană celulară diferă, ca plantele, drojdia și bacteriile au un perete celular rigid în afara membranei pentru un sprijin și o structură suplimentare. Funcțiile unice ale membranei celulare dictează structura și proprietățile acesteia.
Componenta fosfolipidică
O structură cu două straturi de molecule speciale de lipide, numite fosfolipide, constituie membrana celulară. Fiecare fosfolipid are două lanțuri de acizi grași atașați la un cap fosfat-glicerol. Acizii grași sunt hidrofobi (urăști de apă) unde capul fosfat este hidrofil (iubitor de apă). Cele două straturi de fosfolipide se poziționează astfel încât acizii grași se află în straturi sau pliante. Potrivit „Carnegie-Mellon: Structura și funcția membranei celulare”, atunci când vine membrana bistrat în contact cu apa, moleculele fosfolipidice se rearanjează pentru a menține cozile de acizi grași departe apă.
Componenta proteica
Două tipuri de proteine sunt împrăștiate prin membrana celulară: proteine integrale și proteine periferice. Proteinele integrale, realizate din lanțuri lungi de aminoacizi, trec prin întreaga membrană. Unele părți ale proteinei interacționează cu mediul exterior și alte părți interacționează cu interiorul celulei. Prin urmare, proteinele integrale sunt denumite și proteine transmembranare. Proteinele integrale au două funcții majore. Aceștia acționează ca pori care permit anumiți „ioni sau substanțe nutritive în celulă” și „transmit semnale în și din celulă”, potrivit James Burnette III în articolul Carnegie-Mellon.
În schimb, proteinele periferice se atașează doar la suprafața membranei și servesc drept ancore pentru citoschelet sau fibre extracelulare.
Carbohidrați și colesteroli
Un strat de carbohidrați cunoscut sub numele de glicocalix acoperă suprafața celulei. Glicocalixul este format din oligozaharide scurte atașate la anumite tipuri de proteine transmembranare. Potrivit „Celulei: Structura membranei plasmatice”, glicocalixul oferă identitatea unei celule. Practic oferă un set de markeri care pot distinge între celule identice și celule străine sau invadatoare. Glicocalixul servește, de asemenea, pentru a proteja suprafața celulei.
Colesterolii sunt un alt tip de lipide găsite pe membrana celulară. Răspândite în interiorul acidului gras, colesterolii împiedică împachetarea cozilor prea strânse și ajută la menținerea fluidului membranei.
Proprietatea mozaicului
Propusă pentru prima dată de Singer și Nicolson („Știința”, 18 februarie 1972) ca model de mozaic fluid, membrana celulară are două caracteristici esențiale care îi permit să își îndeplinească funcțiile. În primul rând, membrana celulară este o structură mozaică a diferitelor molecule. Fiecare tip de celulă din organismele pluricelulare și unicelulare va avea o colecție și o combinație unică de proteine, carbohidrați și lipide. De exemplu, Burnette din Carnegie-Mellon menționează că membrana celulelor roșii din sânge are mai mult de 50 de tipuri de proteine.
Proprietatea fluidului
A doua proprietate a membranei celulare este fluiditatea acesteia. Fosfolipidele se mișcă liber și se rearanjează în interiorul fiecărui strat al membranei, dar rareori traversează regiunea hidrofobă și se transferă în stratul opus, potrivit Burnette. Capetele hidrofile sunt întotdeauna la periferia exterioară, iar cozile hidrofobe rămân în miezul stratului bistrat.
Proprietatea fluidă a membranei are ca rezultat bistraturi asimetrice. Burnette descrie că, ca răspuns la schimbarea mediilor sau la temperaturi diferite în interiorul și în afara celulei, pot exista mai multe proteine sau molecule de carbohidrați pe fiecare strat la un moment dat, permițând trecerea selectivă a moleculelor și a ionilor de-a lungul membrană.
O ilustrare a proprietăților mozaicului fluid al membranei celulare este prezentată la „Carnegie-Mellon: Structura și funcția membranei celulare”.