Una membrana cellulare animale è la barriera tra l'interno della cellula e l'ambiente esterno, simile a come la pelle agisce come barriera per i corpi dei vertebrati. La struttura della membrana cellulare è un mosaico fluido composto da tre tipi di molecole organiche: lipidi, proteine e carboidrati. La membrana cellulare controlla il movimento di sostanze come nutrienti e rifiuti attraverso la membrana, dentro e fuori la cellula.
Strato di fosfolipidi
I mattoni fondamentali di una membrana cellulare sono i fosfolipidi. I fosfolipidi contengono un'estremità idrofobica (insolubile in acqua) costituita da due catene di acidi grassi di molecole non polari come carboni e idrogeni. L'altra estremità è idrofila (solubile in acqua) e contiene molecole di fosfato polare. Questi fosfolipidi sono disposti in un doppio strato con il loro gruppo terminale idrofilo esposto all'acqua su ciascun lato della membrana e le molecole non polari idrofobe protette all'interno del doppio strato. Lo strato lipidico comprende circa metà dell'intera massa della membrana, a seconda del tipo di membrana. Il colesterolo è un altro tipo di lipide all'interno di una membrana cellulare. Le molecole di colesterolo sono posizionate all'interno del doppio strato per collegare le molecole di acidi grassi e stabilizzare e rafforzare la membrana.
Proteine integrate
Le proteine costituiscono tra il 25 percento e il 75 percento della massa della membrana cellulare, a seconda del tipo di membrana . Le proteine di membrana vengono inserite nel doppio strato di fosfolipidi sulle superfici esposte ed svolgono le varie funzioni della cellula. Le proteine sono considerate integrali o periferiche, a seconda della loro associazione con la membrana. Le proteine periferiche si trovano su un lato della superficie della membrana e si associano indirettamente attraverso interazioni proteina-proteina. Le proteine integrali, o transmembrane, sono incorporate nella membrana, esposte all'ambiente su entrambi i lati.
Glicoproteine e glicolipidi
I carboidrati rappresentano solo una piccola percentuale della membrana cellulare ma hanno funzioni importanti. Le molecole di carboidrati sono generalmente brevi, catene ramificate di semplici unità di zucchero, e sono attaccate covalentemente sulla superficie della membrana cellulare alla maggior parte delle proteine integrali della membrana e, occasionalmente, al doppio strato lipidico stesso. Quando i carboidrati sono legati alle proteine o ai lipidi, vengono chiamati glicoproteine e glicolipidi. I carboidrati sulla superficie di una membrana cellulare variano significativamente tra le singole cellule, tipi di cellule, individui nelle stesse specie e specie a specie. Questa diversità consente ai carboidrati di funzionare come marker per differenziare una cellula da un'altra.
Funzioni e interazioni
La funzione principale del doppio strato di fosfolipidi è quella di proteggere e mantenere la struttura cellulare. Il doppio strato consente fluidità e movimento delle proteine associate per le necessarie interazioni proteiche. Le interazioni proteiche sono essenziali per la funzione cellulare.
Le proteine periferiche agiscono come recettori di sostanze chimiche come gli ormoni e consentono la segnalazione o il riconoscimento delle cellule. Sulla superficie interna della cellula, si attaccano al citoscheletro, contribuendo a mantenere la forma o catalizzare le reazioni nel citoplasma. Le proteine integrali trasportano molecole attraverso la superficie della membrana e quelle che sono legate ai carboidrati poiché le glicoproteine sono coinvolte nel riconoscimento da cellula a cellula.
Senza i diversi marcatori di carboidrati sulla superficie della membrana extracellulare, le cellule non sarebbero in grado ordinare e differenziare le cellule durante lo sviluppo dell'embrione, ad esempio, o consentire al sistema immunitario di riconoscere le cellule estranee.
