Solo una barriera molto sottile e flessibile separa il contenuto di una cella dal suo ambiente. Questa barriera, chiamata membrana cellulare (o membrana plasmatica), consente selettivamente lo scambio e il passaggio di alcune molecole mantenendo fuori sostanze indesiderate. La membrana consente inoltre alla cellula di comunicare con altre cellule e l'ambiente circostante. Sia le piante che gli animali possiedono membrane cellulari, ma piante, lieviti e batteri hanno anche una parete cellulare rigida all'esterno della membrana per un supporto e una struttura aggiuntivi. Le funzioni uniche della membrana cellulare ne determinano la struttura e le proprietà.

Componente fosfolipide

Una struttura a due strati di speciali molecole lipidiche, chiamate fosfolipidi, costituisce la membrana cellulare. Ogni fosfolipide ha due catene di acidi grassi attaccate a una testa di fosfato-glicerolo. Gli acidi grassi sono idrofobi (acqua che odiano) dove la testa del fosfato è idrofila (acqua che ama). I due strati di fosfolipidi si posizionano in modo tale che gli acidi grassi si trovino all'interno degli strati o dei foglietti. Secondo "Carnegie-Mellon: la struttura e la funzione della membrana cellulare", quando la membrana del doppio strato entra in contatto con l'acqua, le molecole di fosfolipidi si riorganizzano per mantenere lontane le code di acidi grassi.

Componente delle proteine

Due tipi di proteine ​​sono disseminate nella membrana cellulare: proteine ​​integrali e proteine ​​periferiche. Le proteine ​​integrali, prodotte da lunghe catene di amminoacidi, attraversano l'intera membrana. Alcune parti della proteina interagiscono con l'ambiente esterno e altre parti interagiscono con l'interno della cellula. Quindi, le proteine ​​integrali sono anche chiamate proteine ​​transmembrana. Le proteine ​​integrali hanno due funzioni principali. Agiscono come pori che permettono ad alcuni "ioni o nutrienti nella cellula" e "trasmettono segnali dentro e fuori la cellula", secondo James Burnette III nell'articolo Carnegie-Mellon.

Al contrario, periferica le proteine ​​si attaccano solo alla superficie della membrana e fungono da ancore per il citoscheletro o le fibre extracellulari.

Carboidrati e colesteroli

Un rivestimento di carboidrati noto come glicocalice copre la superficie cellulare. Il glicocalice è costituito da brevi oligosaccaridi associati a determinati tipi di proteine ​​transmembrana. Secondo "La cellula: struttura della membrana plasmatica", il glicocalice fornisce l'identità di una cellula. Fornisce fondamentalmente una serie di marker in grado di distinguere tra celle identiche e celle estranee o invasive. Il glicocalice serve anche a proteggere la superficie cellulare.

I colesteroli sono un altro tipo di lipidi presenti sulla membrana cellulare. Sparsi per l'interno di acidi grassi, i colesteroli impediscono alle code di impacchettare troppo strettamente e aiutano a mantenere la membrana fluida.

Proprietà del mosaico

Prima proposta da Singer and Nicolson ("Science", 18 febbraio, 1972) come modello di mosaico fluido, la membrana cellulare ha due caratteristiche essenziali che gli consentono di svolgere le sue funzioni. Innanzitutto, la membrana cellulare è una struttura a mosaico di diverse molecole. Ogni tipo di cellula in organismi multicellulari e unicellulari avrà una collezione unica e una combinazione di proteine, carboidrati e lipidi. Ad esempio, Burnette di Carnegie-Mellon afferma che la membrana dei globuli rossi ha più di 50 tipi di proteine.

Proprietà dei fluidi

La seconda proprietà della membrana cellulare è la sua fluidità. I fosfolipidi si muovono liberamente attorno e si riorganizzano all'interno di ogni strato della membrana, ma raramente attraversano la regione idrofobica e si trasferiscono allo strato opposto, secondo Burnette. Le teste idrofiliche si trovano sempre sulla periferia esterna e le code idrofobiche rimangono nel nucleo del doppio strato.

La proprietà del fluido della membrana si traduce in doppi strati asimmetrici. Burnette descrive che, in risposta a mutevoli ambienti o temperature diverse all'interno e all'esterno della cellula, possono esserci più proteine ​​o molecole di carboidrati su ogni strato in qualsiasi momento, consentendo il passaggio selettivo di molecole e ioni attraverso la membrana.

Un'illustrazione delle proprietà del mosaico fluido della membrana cellulare è presentata a "Carnegie-Mellon: la struttura e la funzione della membrana cellulare".