Een dierlijk celmembraan is de barrière tussen de binnenkant van de cel en de externe omgeving, vergelijkbaar met hoe de huid werkt als een barrière voor de lichamen van gewervelden. De celmembraanstructuur 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 over het membraan, in en uit de cel.

Phospholipid Bilayer

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 koolstofatomen 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 zijde van het membraan en de hydrofobe niet-polaire moleculen beschermd binnen de dubbele laag. De lipidelaag omvat ongeveer de helft van de gehele massa van het membraan, afhankelijk van het membraantype. Cholesterol is een ander type lipide in een celmembraan. Cholesterolmoleculen worden in de bilaag geplaatst om de vetzuurmoleculen te verbinden en het membraan te stabiliseren en te versterken.

Ingesloten eiwitten

Eiwitten vormen tussen 25 en 75 procent van de celmembraan massa, afhankelijk van het membraantype. Membraaneiwitten worden ingebracht in de fosfolipide dubbellaag op de blootgestelde oppervlakken en voeren de verschillende functies van de cel uit. Eiwitten worden beschouwd als integraal of perifeer, afhankelijk van hun associatie met het membraan. Perifere eiwitten zitten aan één zijde van het membraanoppervlak en associëren indirect via eiwit-eiwitinteracties. Integrale of transmembraan eiwitten zijn ingebed in het membraan, aan beide zijden blootgesteld aan de omgeving.

Glycoproteïnen en glycolipiden

Koolhydraten omvatten slechts een klein percentage van het celmembraan, maar hebben belangrijke functies. Koolhydraatmoleculen zijn in het algemeen korte, vertakte ketens van eenvoudige suikereenheden en zijn covalent gehecht op het celmembraanoppervlak aan de meeste van de integrale membraaneiwitten en af ​​en toe aan de lipidedubbellaag zelf. Wanneer koolhydraten gebonden zijn aan de eiwitten of lipiden, worden ze glycoproteïnen en glycolipiden genoemd. Koolhydraten aan het oppervlak van een celmembraan variëren aanzienlijk tussen individuele cellen, celtypen, individuen in dezelfde soort en soorten tot soorten. Door deze diversiteit kunnen de koolhydraten functioneren als markers om de ene cel van de andere te onderscheiden.

Functies en interacties

De belangrijkste functie van de fosfolipide dubbellaag is het beschermen en onderhouden van de celstructuur. De bilaag maakt vloeibaarheid en beweging van de geassocieerde eiwitten mogelijk voor noodzakelijke eiwitinteracties. Eiwitinteracties zijn essentieel voor de celfunctie.

Perifere eiwitten werken als receptoren voor chemicaliën zoals hormonen en maken celsignalering of herkenning mogelijk. Op het binnenoppervlak van de cel hechten ze zich aan het cytoskelet, waardoor ze hun vorm behouden of reacties in het cytoplasma katalyseren. Integrale eiwitten transporteren moleculen over het membraanoppervlak en die die gebonden zijn aan koolhydraten als glycoproteïnen zijn betrokken bij cel-tot-cel herkenning.

Zonder de diverse koolhydraatmarkers op het extracellulaire membraanoppervlak zouden cellen niet in staat zijn om bijvoorbeeld cellen te sorteren en te differentiëren tijdens de embryo-ontwikkeling, of om het immuunsysteem vreemde cellen te laten herkennen.