Biologiske membraner er grundlaget for mange vigtige egenskaber ved cellen, ikke mindst for den fysiske afgrænsning af cellegrænsen og, hos eukaryoter, af grænserne for hver enkelt intracellulær organel. De er dog ikke helt uigennemtrængelige grænser, og gennem indlejrede proteiner fungerer membranen som portvagt for passage af specifikke molekyler ind (f.eks. næringsstoffer) og ud (f.eks. affald) af cellen. Andre indlejrede proteiner kan identificere cellen i forhold til andre celler og deltage i en lang række interaktioner med omgivelserne eller andre celler. Endelig er membranen, eller mere præcist de kemiske gradienter på tværs af membranen, en vigtig energikilde for cellen.
- 4.1: Membranens opbygning og sammensætning Da de fleste celler lever i et vandigt miljø, og cellens indhold også for det meste er vandigt, står det klart, at en membran, der adskiller den ene side fra den anden, skal være hydrofob for at danne en effektiv barriere mod utilsigtet udsivning af materialer eller vand. Cellemembraner blev delvist defineret som værende primært sammensat af fosfolipider: molekyler bestående af en fosforyleret polær hovedgruppe, der er knyttet til en glycerolrygge, som har to lange kulbrintehaler.
- 4.2: Membranens permeabilitet Et rent fosfolipid-dobbeltlag er uanset lipidsammensætningen en semi-permeabel membran, der generelt er afvisende over for store molekyler og ioner. Små polære molekyler kan undertiden let passere (f.eks. ethanol), men oftest passerer de kun med lav hastighed, hvis de overhovedet passerer (f.eks. vand). Små upolære molekyler kan dog relativt let passere gennem membranen. Årsagen burde være indlysende: Større molekyler kan simpelthen ikke passe ind mellem lipidmolekylerne for at banke sig vej igennem.
- 4.3: Membrantransportproteiner Membranproteiner findes i to grundlæggende typer: integrale membranproteiner (undertiden kaldet intrinsiske), som er direkte indsat i fosfolipiddobbeltlaget, og perifere membranproteiner (undertiden kaldet ekstrinsiske), som er placeret meget tæt på eller endog i kontakt med den ene side af membranen, men som ikke strækker sig ind i den hydrofobiske kerne af dobbeltlaget. Integrale membranproteiner kan strække sig helt igennem membranen og komme i kontakt med både det ekstracellulære miljø og cytoplasmaet.
- 4.4: Aktionspotentialet i neuroner Transporten af opløste stoffer ind og ud af celler er afgørende for livet. I neuroner har ionernes bevægelse imidlertid en anden afgørende funktion i metazoer: produktion af aktionspotentialer, der anvendes til neurotransmission. Denne specialisering giver mulighed for ekstremt hurtig overførsel af information over lange afstande. Et eksempel, som min mentor brugte, når han underviste skolebørn i grundlæggende neurovidenskab, var et bipolært neuron, der strækker sig fra tåen til hjernen.
Miniaturbillede: Cellemembranen, også kaldet plasmamembranen eller plasmalemma, er et halvgennemtrængeligt lipiddobbeltlag, der er fælles for alle levende celler. Den indeholder en række biologiske molekyler, primært proteiner og lipider, som er involveret i en lang række cellulære processer. Det tjener også som fastgørelsespunkt for både det intracellulære cytoskelet og, hvis det er til stede, cellevæggen. (Public Domain; LadyofHats via Wikipedia.