Een celmembraan van dieren is de barrière tussen de binnenkant van de cel en de externe omgeving, vergelijkbaar met hoe de huid fungeert als een barrière voor de lichamen van gewervelde dieren. 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 bestaande 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 dubbellaag geplaatst om de vetzuurmoleculen te verbinden en het membraan te stabiliseren en te versterken.
Ingebedde eiwitten

Eiwitten vormen tussen 25 en 75 procent van de celmembraanmassa, afhankelijk van het membraantype . Membraaneiwitten worden op de blootgestelde oppervlakken in de fosfolipide dubbellaag 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 zijde van het membraanoppervlak en associëren indirect via eiwit-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 in het algemeen korte, vertakte ketens van eenvoudige suikereenheden en zijn covalent gehecht aan het celmembraanoppervlak aan de meeste integrale membraaneiwitten en soms aan de lipide-dubbellaag zelf. Wanneer koolhydraten aan de eiwitten of lipiden worden gebonden, worden ze glycoproteïnen en glycolipiden genoemd. Koolhydraten op het oppervlak van een celmembraan variëren aanzienlijk tussen individuele cellen, celtypen, individuen in dezelfde soort en soort tot soort. Door deze diversiteit kunnen de koolhydraten als markers fungeren om de ene cel van de andere te onderscheiden.
Functies en interacties

De belangrijkste functie van de fosfolipide dubbellaag is het beschermen en behouden van de celstructuur. De dubbellaag maakt vloeibaarheid en beweging van de bijbehorende 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. Aan het binnenoppervlak van de cel hechten ze zich aan het cytoskelet, waardoor de vorm behouden blijft of reacties in het cytoplasma worden gekatalyseerd. Integrale eiwitten transporteren moleculen over het membraanoppervlak, en die die gebonden zijn aan koolhydraten als glycoproteïnen zijn betrokken bij cel-tot-celherkenning.

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