Biologické molekuly jsou amfifilní nebo amfifatické, tj. jsou současně hydrofobní i hydrofilní. Fosfolipidová dvojvrstva obsahuje nabité hydrofilní hlavové skupiny, které interagují s polární vodou. Vrstvy obsahují také hydrofobní ocásky, které se setkávají s hydrofobními ocásky komplementární vrstvy. Hydrofobní ocásky jsou obvykle mastné kyseliny, které se liší délkou. Interakce lipidů, zejména hydrofobních ocásků, určují fyzikální vlastnosti lipidové dvojvrstvy, jako je tekutost.
Membrány v buňkách obvykle vymezují uzavřené prostory nebo kompartmenty, ve kterých mohou buňky udržovat chemické nebo biochemické prostředí, které se liší od vnějšího. Například membrána kolem peroxizomů chrání zbytek buňky před peroxidy, chemickými látkami, které mohou být pro buňku toxické, a buněčná membrána odděluje buňku od okolního prostředí. Peroxisomy jsou jednou z forem vakuol nacházejících se v buňce, které obsahují vedlejší produkty chemických reakcí uvnitř buňky. Většina organel je vymezena takovými membránami a nazývá se „membránově vázané“ organely.
Selektivní propustnostEdit
Pravděpodobně nejdůležitější vlastností biomembrán je, že se jedná o selektivně propustnou strukturu. To znamená, že velikost, náboj a další chemické vlastnosti atomů a molekul, které se jí snaží projít, určují, zda se jim to podaří. Selektivní propustnost je nezbytná pro účinné oddělení buňky nebo organely od okolí. Biologické membrány mají také určité mechanické nebo elastické vlastnosti, které jim umožňují měnit tvar a pohybovat se podle potřeby.
Všeobecně platí, že malé hydrofobní molekuly mohou snadno procházet fosfolipidovými dvojvrstvami prostou difuzí.
Částice, které jsou potřebné pro buněčnou funkci, ale nejsou schopny volně difundovat přes membránu, vstupují do ní prostřednictvím membránového transportního proteinu nebo jsou přijímány pomocí endocytózy, kdy membrána umožňuje, aby se na ni připojila vakuola a vtlačila svůj obsah do buňky. Mnoho typů specializovaných plazmatických membrán může oddělovat buňku od vnějšího prostředí: apikální, bazolaterální, presynaptická a postsynaptická, membrány bičíků, řasinek, mikrovil, filopodií a lamellipodií, sarkolema svalových buněk a také specializované membrány myelinu a dendritických trnů neuronů. Plazmatické membrány mohou také vytvářet různé typy „supramembránových“ struktur, jako jsou kavely, postsynaptická hustota, podozom, invadopodium, desmosom, hemidesmosom, fokální adheze a buněčné spoje. Tyto typy membrán se liší složením lipidů a proteinů.
Rozdílné typy membrán vytvářejí také vnitrobuněčné organely: endozom; hladké a drsné endoplazmatické retikulum; sarkoplazmatické retikulum; Golgiho aparát; lyzozom; mitochondrie (vnitřní a vnější membrány); jádro (vnitřní a vnější membrány); peroxizom; vakuola; cytoplazmatická granula; buněčné vezikuly (fagosom, autofagosom, vezikuly obalené klathrinem, vezikuly obalené COPI a COPII) a sekreční vezikuly (včetně synaptosomu, akrosomu, melanosomu a chromafinních granulí).Různé typy biologických membrán mají různorodé složení lipidů a proteinů. Obsah membrán určuje jejich fyzikální a biologické vlastnosti. Některé složky membrán hrají klíčovou roli v medicíně, například efluxní pumpy, které odčerpávají léčiva z buňky.
FluiditaEdit
Hydrofobní jádro fosfolipidové dvojvrstvy je neustále v pohybu kvůli rotacím kolem vazeb lipidových ocásků. Hydrofobní ocásky dvojvrstvy se ohýbají a spojují. Kvůli vodíkové vazbě s vodou však hydrofilní hlavové skupiny vykazují menší pohyb, protože jejich rotace a pohyblivost jsou omezeny. To má za následek zvýšení viskozity lipidové dvojvrstvy blíže k hydrofilním hlavičkám.
Pod teplotou přechodu lipidová dvojvrstva ztrácí tekutost, když vysoce pohyblivé lipidy vykazují méně pohybu a stávají se pevnou látkou podobnou gelu. Přechodová teplota závisí na takových složkách lipidové dvojvrstvy, jako je délka uhlovodíkového řetězce a nasycení jeho mastných kyselin. Fluidita v závislosti na teplotě představuje důležitou fyziologickou vlastnost pro bakterie a studenokrevné organismy. Tyto organismy udržují konstantní fluiditu tím, že mění složení mastných kyselin membránových lipidů v závislosti na rozdílných teplotách.
V živočišných buňkách je fluidita membrán modulována zařazením sterolu cholesterolu. Tato molekula je přítomna ve zvláště velkém množství v plazmatické membráně, kde tvoří přibližně 20 % hmotnostních lipidů v membráně. Protože molekuly cholesterolu jsou krátké a tuhé, vyplňují prostory mezi sousedními molekulami fosfolipidů, které vznikají v důsledku zkroucení jejich nenasycených uhlovodíkových ocásků. Tímto způsobem má cholesterol tendenci ztužovat dvojvrstvu, čímž ji činí pevnější a méně propustnou.
Pro všechny buňky je tekutost membrán důležitá z mnoha důvodů. Umožňuje rychlou difúzi membránových proteinů v rovině dvojvrstvy a jejich vzájemnou interakci, což je klíčové například při buněčné signalizaci. Umožňuje difúzi membránových lipidů a proteinů z míst, kde jsou po syntéze vloženy do dvojvrstvy, do jiných oblastí buňky. Umožňuje, aby se membrány navzájem spojovaly a míchaly své molekuly, a zajišťuje, aby se membránové molekuly při dělení buňky rovnoměrně rozdělily mezi dceřiné buňky. Kdyby biologické membrány nebyly tekuté, je těžké si představit, jak by buňky mohly žít, růst a rozmnožovat se.