Biologiske molekyler er amfifile eller amfipatiske, dvs. hydrofobiske og hydrofile på samme tid. Phospholipiddobbeltlaget indeholder ladede hydrofile hovedgrupper, som interagerer med polært vand. Lagene indeholder også hydrofobiske haler, som mødes med de hydrofobiske haler i det komplementære lag. De hydrofobiske haler er normalt fedtsyrer, der har forskellige længder. Lipidernes interaktioner, især de hydrofobiske haler, bestemmer lipiddobbeltlagets fysiske egenskaber som f.eks. fluiditet.

Membraner i celler definerer typisk lukkede rum eller kompartmenter, hvori cellerne kan opretholde et kemisk eller biokemisk miljø, der adskiller sig fra det ydre. For eksempel beskytter membranen omkring peroxisomer resten af cellen mod peroxider, kemikalier, der kan være giftige for cellen, og cellemembranen adskiller en celle fra det omgivende medium. Peroxisomer er en form for vakuole, der findes i cellen, og som indeholder biprodukter fra kemiske reaktioner i cellen. De fleste organeller er afgrænset af sådanne membraner og kaldes “membranbundne” organeller.

Selektiv permeabilitetRediger

Det vigtigste træk ved en biomembran er formentlig, at den er en selektivt permeabel struktur. Det betyder, at størrelsen, ladningen og andre kemiske egenskaber hos de atomer og molekyler, der forsøger at krydse den, er afgørende for, om det lykkes dem at gøre det. Selektiv permeabilitet er afgørende for en effektiv adskillelse af en celle eller organel fra dens omgivelser. Biologiske membraner har også visse mekaniske eller elastiske egenskaber, der gør det muligt for dem at ændre form og bevæge sig efter behov.

Generelt kan små hydrofobiske molekyler let krydse fosfolipiddobbeltlag ved simpel diffusion.

Partikler, der er nødvendige for cellens funktion, men som ikke kan diffundere frit gennem en membran, kommer ind gennem et membrantransportprotein eller optages ved hjælp af endocytose, hvor membranen gør det muligt for en vacuole at slutte sig til den og skubbe sit indhold ind i cellen. Mange typer af specialiserede plasmamembraner kan adskille cellen fra det ydre miljø: apikale, basolaterale, præsynaptiske og postsynaptiske membraner, membraner af flageller, cilier, mikrovillus, filopodier og lamellipodier, muskelcellers sarcolemma samt specialiserede myelin- og dendritiske rygmarvsmembraner i neuroner. Plasmamembraner kan også danne forskellige typer af “supramembran”-strukturer såsom caveolae, postsynaptisk tæthed, podosom, invadopodium, desmosom, hemidesmosom, fokal adhæsion og celleforbindelser. Disse typer membraner adskiller sig fra hinanden med hensyn til lipid- og proteinsammensætning.

Disse typer af membraner danner også intracellulære organeller: endosom; glat og ru endoplasmatisk retikulum; sarkoplasmatisk retikulum; Golgi-apparat; lysosom; mitokondrion (indre og ydre membraner); kerne (indre og ydre membraner); peroxisom; vakuole; cytoplasmiske granula; cellevesikler (fagosom, autofagosom, clathrinbelagte vesikler, COPI-belagte og COPII-belagte vesikler) og sekretoriske vesikler (herunder synaptosom, acrosomer, melanosomer og chromaffingranulat).Forskellige typer biologiske membraner har forskellige lipid- og proteinsammensætninger. Indholdet af membraner definerer deres fysiske og biologiske egenskaber. Nogle komponenter i membraner spiller en central rolle inden for medicin, f.eks. effluxpumperne, der pumper lægemidler ud af en celle.

FluiditetRediger

Den hydrofobiske kerne i fosfolipiddobbeltlaget er konstant i bevægelse på grund af rotationer omkring bindingerne af lipidhalerne. Hydrofobiske haler i et bilag bøjer og låser sig sammen. På grund af hydrogenbinding med vand udviser de hydrofiliske hovedgrupper imidlertid mindre bevægelse, da deres rotation og mobilitet er begrænset. Dette resulterer i en stigende viskositet i lipiddobbeltlaget tættere på de hydrofile hoveder.

Under en overgangstemperatur mister et lipiddobbeltlag sin væskeform, når de meget mobile lipider udviser mindre bevægelse og bliver til et gel-lignende fast stof. Overgangstemperaturen afhænger af sådanne komponenter i lipiddobbeltlaget som kulbrintekædelængden og mætningen af dets fedtsyrer. Den temperaturafhængige fluiditet er en vigtig fysiologisk egenskab for bakterier og koldblodede organismer. Disse organismer opretholder en konstant fluiditet ved at ændre membranens lipidfedtsyresammensætning i overensstemmelse med forskellige temperaturer.

I dyreceller moduleres membranens fluiditet ved at inkludere sterolen kolesterol. Dette molekyle er til stede i særligt store mængder i plasmamembranen, hvor det udgør ca. 20 vægtprocent af lipiderne i membranen. Da kolesterolmolekylerne er korte og stive, udfylder de mellemrummene mellem de nærliggende fosfolipidmolekyler, der er efterladt af knækkene i deres umættede kulbrintehaler. På denne måde har kolesterol en tendens til at stivgøre bilaget, hvilket gør det mere stift og mindre gennemtrængeligt.

For alle celler er membranens fluiditet vigtig af mange årsager. Den gør det muligt for membranproteiner at diffundere hurtigt i bilagets plan og at interagere med hinanden, hvilket f.eks. er afgørende for cellesignalering. Den gør det muligt for membranlipider og -proteiner at diffundere fra de steder, hvor de indsættes i bilaget efter deres syntese, til andre områder af cellen. Den gør det muligt for membraner at fusionere med hinanden og blande deres molekyler, og den sikrer, at membranmolekyler fordeles jævnt mellem datterceller, når en celle deler sig. Hvis biologiske membraner ikke var flydende, er det svært at forestille sig, hvordan celler kunne leve, vokse og reproducere sig.