Biologische moleculen zijn amfifiel of amfipathisch, d.w.z. dat zij tegelijkertijd hydrofoob en hydrofiel zijn. De fosfolipide bilaag bevat geladen hydrofiele kopgroepen, die interageren met polair water. De lagen bevatten ook hydrofobe staarten, die in contact komen met de hydrofobe staarten van de complementaire laag. De hydrofobe staarten bestaan meestal uit vetzuren die in lengte verschillen. De interacties van lipiden, vooral de hydrofobe staarten, bepalen de fysische eigenschappen van de lipide bilaag, zoals vloeibaarheid.
Membranen in cellen definiëren typisch omsloten ruimten of compartimenten waarin cellen een chemische of biochemische omgeving kunnen handhaven die verschilt van de buitenwereld. Bijvoorbeeld, het membraan rond peroxisomen beschermt de rest van de cel tegen peroxiden, chemicaliën die giftig kunnen zijn voor de cel, en het celmembraan scheidt een cel van het omringende medium. Peroxisomen zijn een van de vacuolevormen die in de cel worden aangetroffen en die bijproducten van chemische reacties in de cel bevatten. De meeste organellen worden door dergelijke membranen begrensd, en worden “membraangebonden” organellen genoemd.
Selectieve permeabiliteitEdit
Bepaald de belangrijkste eigenschap van een biomembraan is dat het een selectief permeabele structuur is. Dit betekent dat de grootte, lading en andere chemische eigenschappen van de atomen en moleculen die het proberen te doorkruisen, bepalen of zij daarin slagen. Selectieve permeabiliteit is essentieel voor een effectieve scheiding van een cel of organel van zijn omgeving. Biologische membranen hebben ook bepaalde mechanische of elastische eigenschappen die hen in staat stellen van vorm te veranderen en naar behoefte te bewegen.
In het algemeen kunnen kleine hydrofobe moleculen fosfolipide bilagen gemakkelijk passeren door eenvoudige diffusie.
Deeltjes die nodig zijn voor de cellulaire functie maar niet in staat zijn vrij over een membraan te diffunderen, komen binnen via een membraantransporteiwit of worden opgenomen door middel van endocytose, waarbij het membraan een vacuole toelaat zich erop aan te sluiten en zijn inhoud de cel in te duwen. Vele soorten gespecialiseerde plasmamembranen kunnen de cel scheiden van de externe omgeving: apicale, basolaterale, presynaptische en postsynaptische, membranen van flagellen, trilharen, microvillus, filopodia en lamellipodia, het sarcolemma van spiercellen, alsmede gespecialiseerde membranen van myeline en dendritische wervelkolom van neuronen. Plasmamembranen kunnen ook verschillende soorten “supramembraan”-structuren vormen, zoals caveolae, postsynaptische dichtheid, podosoom, invadopodium, desmosoom, hemidesmosoom, focale adhesie, en celjuncties. Deze soorten membranen verschillen in lipide- en eiwitsamenstelling.
Distinctieve typen membranen vormen ook intracellulaire organellen: endosoom; glad en ruw endoplasmatisch reticulum; sarcoplasmatisch reticulum; Golgi-apparaat; lysosoom; mitochondrium (binnenste en buitenste membranen); kern (binnenste en buitenste membranen); peroxisoom; vacuole; cytoplasmatische granules; celblaasjes (fagosoom, autofagosoom, met clathrine beklede blaasjes, COPI-beklede en COPII-beklede blaasjes) en secretoire blaasjes (met inbegrip van synaptosoom, acrosoom, melanosoom, en chromaffinekorrels).Verschillende soorten biologische membranen hebben uiteenlopende lipide- en eiwitsamenstellingen. De inhoud van membranen bepaalt hun fysische en biologische eigenschappen. Sommige componenten van membranen spelen een sleutelrol in de geneeskunde, zoals de efflux pompen die medicijnen uit een cel pompen.
FluidityEdit
De hydrofobe kern van de fosfolipide bilaag is voortdurend in beweging als gevolg van rotaties rond de bindingen van lipidenstaarten. Hydrofobe staarten van een bilaag buigen en vergrendelen zich. Door de waterstofbruggen met water vertonen de hydrofiele kopgroepen echter minder beweging omdat hun rotatie en mobiliteit beperkt zijn. Dit resulteert in een toenemende viscositeit van de lipide bilaag dichter bij de hydrofiele koppen.
Onder een overgangstemperatuur verliest een lipide bilaag zijn vloeibaarheid wanneer de zeer beweeglijke lipiden minder beweging vertonen en een gel-achtige vaste stof worden. De overgangstemperatuur is afhankelijk van componenten van de lipidenbilaag zoals de lengte van de koolwaterstofketen en de verzadiging van de vetzuren. De temperatuurafhankelijke vloeibaarheid is een belangrijke fysiologische eigenschap voor bacteriën en koudbloedige organismen. Deze organismen handhaven een constante vloeibaarheid door de vetzuursamenstelling van de membraanlipiden te wijzigen naar gelang van de temperatuur.
In dierlijke cellen wordt de vloeibaarheid van het membraan gemoduleerd door de opname van het sterol cholesterol. Dit molecuul is in bijzonder grote hoeveelheden aanwezig in het plasmamembraan, waar het ongeveer 20% van het gewicht van de lipiden in het membraan uitmaakt. Omdat cholesterolmoleculen kort en stijf zijn, vullen zij de ruimten op tussen naburige fosfolipidemoleculen die ontstaan door de knikken in hun onverzadigde koolwaterstofstaarten. Op deze manier heeft cholesterol de neiging de bilaag te verstijven, waardoor deze stijver en minder doorlaatbaar wordt.
Voor alle cellen is de vloeibaarheid van het membraan om vele redenen belangrijk. Zij stelt membraaneiwitten in staat zich snel in het vlak van de bilaag te verspreiden en met elkaar te interageren, wat bijvoorbeeld van cruciaal belang is bij celsignalering. Het zorgt ervoor dat membraanlipiden en -eiwitten kunnen diffunderen van de plaats waar zij na hun synthese in de bilaag zijn ingebracht naar andere delen van de cel. Het stelt membranen in staat met elkaar te versmelten en hun moleculen te mengen, en het zorgt ervoor dat de membraanmoleculen gelijkmatig over de dochtercellen worden verdeeld wanneer een cel zich deelt. Als biologische membranen niet vloeibaar zouden zijn, is het moeilijk voor te stellen hoe cellen zouden kunnen leven, groeien en zich voortplanten.