Biologiset molekyylit ovat amfifiilisiä tai amfipaattisia eli samanaikaisesti hydrofobisia ja hydrofiilisiä. Fosfolipidikaksoiskerros sisältää varautuneita hydrofiilisiä pääryhmiä, jotka ovat vuorovaikutuksessa polaarisen veden kanssa. Kerroksissa on myös hydrofobisia pyrstöjä, jotka kohtaavat komplementtikerroksen hydrofobiset pyrstöt. Hydrofobiset hännät ovat yleensä pituudeltaan erilaisia rasvahappoja. Lipidien vuorovaikutukset, erityisesti hydrofobiset hännät, määräävät lipidikaksoiskerroksen fysikaaliset ominaisuudet, kuten juoksevuuden.

Solujen kalvot määrittelevät tyypillisesti suljetut tilat tai lokerot, joissa solut voivat ylläpitää ulkopuolisesta poikkeavaa kemiallista tai biokemiallista ympäristöä. Esimerkiksi peroksisomeja ympäröivä kalvo suojaa muuta solua peroksideilta, kemikaaleilta, jotka voivat olla myrkyllisiä solulle, ja solukalvo erottaa solun ympäröivästä väliaineesta. Peroksisomit ovat yksi solussa esiintyvä tyhjiön muoto, joka sisältää solussa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden sivutuotteita. Useimpia organelleja rajaavat tällaiset kalvot, ja niitä kutsutaan ”kalvoon sidotuiksi” organelleiksi.

Selektiivinen läpäisevyysEdit

Biomembraanin ehkä tärkein ominaisuus on, että se on selektiivisesti läpäisevä rakenne. Tämä tarkoittaa, että sen läpi pyrkivien atomien ja molekyylien koko, varaus ja muut kemialliset ominaisuudet määräävät, onnistuvatko ne siinä. Valikoiva läpäisevyys on välttämätöntä solun tai organellin tehokkaalle erottamiselle ympäristöstään. Biologisilla kalvoilla on myös tiettyjä mekaanisia tai elastisia ominaisuuksia, joiden ansiosta ne voivat muuttaa muotoaan ja liikkua tarpeen mukaan.

Yleisesti pienet hydrofobiset molekyylit voivat helposti läpäistä fosfolipidikaksoiskalvot yksinkertaisella diffuusiolla.

Solun toiminnalle välttämättömät hiukkaset, jotka eivät pysty diffundoitumaan vapaasti kalvon läpi, kulkeutuvat sisään kalvokuljetusproteiinien välityksellä tai ne otetaan sisään endosytoosin avulla, jolloin kalvo sallii tyhjiön liittymisen siihen ja työntää sisältönsä solun sisään. Monet erityyppiset erikoistuneet plasmakalvot voivat erottaa solun ulkoisesta ympäristöstä: apikaaliset, basolateraaliset, presynaptiset ja postsynaptiset plasmakalvot, lippulaippojen, värekarvojen, mikrovillusten, filopodioiden ja lamellipodioiden kalvot, lihassolujen sarkolemma sekä neuronien erikoistuneet myeliini- ja dendriittisten selkärankojen kalvot. Plasmamembraanit voivat myös muodostaa erityyppisiä ”supramembraanirakenteita”, kuten kaveolia, postsynaptista tiheyttä, podosomia, invadopodiumia, desmosomia, hemidesmosomia, fokaalista adheesiota ja soluliitoksia. Nämä kalvotyypit eroavat toisistaan lipidien ja proteiinien koostumuksen suhteen.

Erilaiset kalvotyypit muodostavat myös solunsisäisiä organelleja: Endosomi; sileä ja karkea endoplasminen retikulum; sarkoplasminen retikulum; Golgin apparaatti; lysosomi; mitokondrio (sisä- ja ulkokalvot); tuma (sisä- ja ulkokalvot); peroksisomi; vakuoli; sytoplasman rakeet; soluvesikkelit (fagosomi, autofagosomi, klatriinipäällysteiset vesikkelit, COPI-päällysteiset ja COPII-päällysteiset vesikkelit) ja eritysvesikkelit (mukaan lukien synaptosomi, akrosomi, melanosomi ja kromaffiinirakeet).Erilaisilla biologisilla kalvoilla on erilaiset lipidi- ja proteiinikoostumukset. Kalvojen sisältö määrittelee niiden fysikaaliset ja biologiset ominaisuudet. Joillakin kalvojen komponenteilla on keskeinen rooli lääketieteessä, kuten effluksipumpuilla, jotka pumppaavat lääkkeitä ulos solusta.

FluidityEdit

Fosfolipidikaksoiskerroksen hydrofobinen ydin on jatkuvassa liikkeessä lipidihännän sidosten ympärillä tapahtuvien pyörähdysten vuoksi. Kaksoiskerroksen hydrofobiset hännät taipuvat ja lukkiutuvat toisiinsa. Koska hydrofiiliset pääryhmät kuitenkin liikkuvat vähemmän veden kanssa tapahtuvan vetysidoksen vuoksi, niiden pyöriminen ja liikkuvuus on rajoitettua. Tämä johtaa siihen, että lipidikaksoiskerroksen viskositeetti kasvaa lähempänä hydrofiilisiä päitä.

Matalammassa siirtymälämpötilassa lipidikaksoiskerros menettää juoksevuuttaan, kun erittäin liikkuvat lipidit liikkuvat vähemmän ja muuttuvat geelimäiseksi kiinteäksi aineeksi. Siirtymislämpötila riippuu sellaisista lipidikaksoiskerroksen komponenteista kuin hiilivetyketjun pituus ja sen rasvahappojen kylläisyys. Lämpötilariippuvainen juoksevuus on tärkeä fysiologinen ominaisuus bakteereille ja kylmäverisille organismeille. Nämä organismit ylläpitävät tasaista juoksevuutta muuttamalla kalvojen lipidien rasvahappokoostumusta eri lämpötilojen mukaan.

Eläinsoluissa kalvojen juoksevuutta muokataan sisällyttämällä niihin steroli kolesteroli. Tätä molekyyliä esiintyy erityisen suuria määriä plasmakalvossa, jossa se muodostaa noin 20 painoprosenttia kalvon lipideistä. Koska kolesterolimolekyylit ovat lyhyitä ja jäykkiä, ne täyttävät viereisten fosfolipidimolekyylien väliset tilat, jotka jäävät niiden tyydyttymättömien hiilivetyjen hännän mutkista. Tällä tavoin kolesteroli pyrkii jäykistämään kaksoiskerrosta, mikä tekee siitä jäykemmän ja vähemmän läpäisevän.

Kaikille soluille kalvon juoksevuus on tärkeää monista syistä. Se mahdollistaa kalvoproteiinien nopean diffuusion kaksoiskerroksen tasossa ja vuorovaikutuksen keskenään, mikä on ratkaisevaa esimerkiksi solujen signaloinnissa. Se mahdollistaa kalvoripidien ja -proteiinien diffuusion paikoista, joissa ne ovat synteesinsä jälkeen asettuneet kaksoiskerrokseen, solun muille alueille. Se mahdollistaa kalvojen sulautumisen toisiinsa ja niiden molekyylien sekoittumisen, ja se varmistaa, että kalvomolekyylit jakautuvat tasaisesti tytärsolujen kesken solun jakautuessa. Jos biologiset kalvot eivät olisi nestemäisiä, on vaikea kuvitella, miten solut voisivat elää, kasvaa ja lisääntyä.