Alleen een zeer dunne, flexibele barrière scheidt de inhoud van een cel van zijn omgeving. Deze barrière, de celmembraan (of plasmamembraan) genoemd, maakt selectief de uitwisseling en passage van bepaalde moleculen mogelijk terwijl ongewenste stoffen buiten blijven. Het membraan zorgt er ook voor dat de cel kan communiceren met andere cellen en de omgeving eromheen. Zowel planten als dieren hebben celmembranen, maar planten, gisten en bacteriën hebben ook een stijve celwand buiten het membraan voor extra ondersteuning en structuur. De unieke functies van het celmembraan dicteren de structuur en eigenschappen.

Fosfolipidencomponent

Een tweelagige structuur van speciale lipidemoleculen, fosfolipiden genaamd, vormt het celmembraan. Elk fosfolipide heeft twee vetzuurketens verbonden aan een fosfaat-glycerol-kop. De vetzuren zijn hydrofoob (water-hatend) waarbij de fosfaatkop hydrofiel is (waterminnend). De twee lagen fosfolipiden positioneren zichzelf zodanig dat de vetzuren zich in de lagen of bladen bevinden. Volgens "Carnegie-Mellon: de structuur en functie van het celmembraan", wanneer het dubbellaags membraan in contact komt met water, herschikken de fosfolipidemoleculen zich om de vetzuurstaarten weg te houden van water.

Eiwitcomponent

Twee soorten eiwitten zijn verspreid over het celmembraan: integrale eiwitten en perifere eiwitten. Integrale eiwitten, gemaakt van lange ketens van aminozuren, passeren het hele membraan. Sommige delen van het eiwit reageren op de buitenomgeving en andere delen hebben interactie met het inwendige van de cel. Vandaar dat integrale eiwitten ook worden aangeduid als transmembrane eiwitten. Integrale eiwitten hebben twee belangrijke functies. Ze fungeren als poriën die bepaalde "ionen of voedingsstoffen in de cel" toestaan ​​en ze "zenden signalen naar en uit de cel", volgens James Burnette III in het artikel Carnegie-Mellon.

In tegenstelling hiermee, perifere eiwitten hechten zich alleen aan het membraanoppervlak en dienen als ankers voor het cytoskelet of extracellulaire vezels.

Koolhydraten en cholesterolen

Een koolhydraatlaag bekend als glycocalyx bedekt het celoppervlak. De glycocalyx is gemaakt van korte oligosacchariden gehecht aan bepaalde soorten transmembraan eiwitten. Volgens "The Cell: Structure of the Plasma Membrane", geeft de glycocalyx de identiteit van een cel. Het biedt in feite een set markers die onderscheid kunnen maken tussen identieke cellen en vreemde of binnenvallende cellen. De glycocalyx dient ook om het celoppervlak te beschermen.

Cholesterolen zijn een ander type lipiden dat op het celmembraan wordt aangetroffen. Verspreid over het vetzuurinterieur voorkomen cholesterols dat de staarten te strak inpakken en helpen het membraan vloeibaar te houden.

Mozaïekeigenschappen

het eerst voorgesteld door Singer en Nicolson ("Science", 18 februari, 1972) als het Fluid Mosaic-model heeft het celmembraan twee essentiële kenmerken die het mogelijk maken om zijn functies uit te voeren. Ten eerste is het celmembraan een mozaïekstructuur van verschillende moleculen. Elk type cel in meercellige en eencellige organismen heeft een unieke verzameling en combinatie van eiwitten, koolhydraten en lipiden. Als voorbeeld noemt Burnette van Carnegie-Mellon dat het membraan van rode bloedcellen meer dan 50 soorten eiwitten bevat.

Vloeistofeigenschap

De tweede eigenschap van het celmembraan is de vloeibaarheid ervan. De fosfolipiden bewegen zich vrij rond en herordenen zichzelf binnen elke laag van het membraan, maar ze kruisen zelden het hydrofobe gebied en overbrengen naar de tegenoverliggende laag, volgens Burnette. De hydrofiele koppen bevinden zich altijd aan de buitenomtrek en de hydrofobe staarten blijven in de kern van de dubbellaag.

De vloeiende eigenschap van het membraan resulteert in asymmetrische dubbellaag. Burnette beschrijft dat, in reactie op veranderende omgevingen of verschillende temperaturen binnen en buiten de cel, er op elk moment meer eiwitten of koolhydraatmoleculen op elke laag kunnen zijn, wat de selectieve passage van moleculen en ionen over het membraan mogelijk maakt.

Een illustratie van de vloeibare mozaïekeigenschappen van het celmembraan wordt gepresenteerd in "Carnegie-Mellon: de structuur en functie van het celmembraan".