Biologiska molekyler är amfifila eller amfipatiska, dvs. samtidigt hydrofoba och hydrofila. Fosfolipidbilagret innehåller laddade hydrofila huvudgrupper som interagerar med polärt vatten. Skikten innehåller också hydrofoba svansar, som möter de hydrofoba svansarna i det komplementära skiktet. De hydrofoba svansarna är vanligtvis fettsyror som skiljer sig åt i längd. Lipidernas interaktioner, särskilt de hydrofoba svansarna, bestämmer lipiddubbelskiktens fysiska egenskaper, t.ex. fluiditet.
Membraner i celler definierar vanligen slutna utrymmen eller fack där cellerna kan upprätthålla en kemisk eller biokemisk miljö som skiljer sig från den yttre miljön. Membranet runt peroxisomer skyddar till exempel resten av cellen från peroxider, kemikalier som kan vara giftiga för cellen, och cellmembranet skiljer en cell från det omgivande mediet. Peroxisomer är en form av vakuoler som finns i cellen och som innehåller biprodukter från kemiska reaktioner i cellen. De flesta organeller avgränsas av sådana membran och kallas ”membranbundna” organeller.
Selektiv permeabilitetEdit
Den förmodligen viktigaste egenskapen hos ett biomembran är att det är en selektivt permeabel struktur. Detta innebär att storlek, laddning och andra kemiska egenskaper hos de atomer och molekyler som försöker passera den avgör om de lyckas med detta. Selektiv genomsläpplighet är avgörande för en effektiv separation av en cell eller organell från sin omgivning. Biologiska membran har också vissa mekaniska eller elastiska egenskaper som gör att de kan ändra form och röra sig efter behov.
I allmänhet kan små hydrofoba molekyler lätt korsa fosfolipiddubbelskikt genom enkel diffusion.
Partiklar som krävs för cellens funktion men som inte kan diffundera fritt genom ett membran kommer in genom ett membrantransportprotein eller tas in med hjälp av endocytos, där membranet gör det möjligt för en vakuol att ansluta sig till det och trycka in sitt innehåll i cellen. Många typer av specialiserade plasmamembran kan skilja cellen från den yttre miljön: apikala, basolaterala, presynaptiska och postsynaptiska membran, membranen för flageller, cilier, mikrovillus, filopoder och lamellipoder, muskelcellernas sarkolemma samt specialiserade myelin- och dendritiska ryggmärgsmembran hos neuroner. Plasmamembranen kan också bilda olika typer av ”supramembran” strukturer som caveolae, postsynaptisk täthet, podosom, invadopodium, desmosom, hemidesmosom, fokal adhesion och cellförbindelser. Dessa typer av membran skiljer sig åt i lipid- och proteinsammansättning.
Distinkta typer av membran skapar också intracellulära organeller: Endosom; glatt och grovt endoplasmatiskt retikulum; sarkoplasmatiskt retikulum; Golgi-apparat; lysosom; mitokondrion (inre och yttre membran); kärna (inre och yttre membran); peroxisom; vakuol; cytoplasmatiska granuler; Cellvesiklar (fagosom, autofagosom, klatrinbelagda vesiklar, COPI-belagda och COPII-belagda vesiklar) och sekretoriska vesiklar (bl.a. synaptosom, akrosomer, melanosom och kromaffingranula).Olika typer av biologiska membran har olika lipid- och proteinsammansättningar. Innehållet i membranen definierar deras fysiska och biologiska egenskaper. Vissa komponenter i membranen spelar en viktig roll inom medicinen, till exempel effluxpumparna som pumpar ut läkemedel ur en cell.
FluidityEdit
Den hydrofoba kärnan i fosfolipiddubbelskiktet är ständigt i rörelse på grund av rotationer runt bindningarna i lipidhalsarna. Hydrofoba svansar i ett bilager böjs och låses ihop. På grund av vätebindning med vatten uppvisar de hydrofila huvudgrupperna dock mindre rörelse eftersom deras rotation och rörlighet begränsas. Detta resulterar i ökad viskositet i lipiddubbelskiktet närmare de hydrofila huvudgrupperna.
Under en övergångstemperatur förlorar ett lipiddubbelskikt sin vätskeförmåga när de mycket rörliga lipiderna uppvisar mindre rörelse och blir ett gelliknande fast ämne. Övergångstemperaturen beror på sådana komponenter i lipiddubbelskiktet som kolvätekedjans längd och mättnaden av dess fettsyror. Temperaturberoende fluiditet är en viktig fysiologisk egenskap för bakterier och kallblodiga organismer. Dessa organismer upprätthåller en konstant fluiditet genom att modifiera membranlipidernas fettsyrasammansättning i enlighet med olika temperaturer.
I djurceller moduleras membranens fluiditet genom att sterolen kolesterol inkluderas. Denna molekyl finns i särskilt stora mängder i plasmamembranet, där den utgör cirka 20 viktprocent av lipiderna i membranet. Eftersom kolesterolmolekylerna är korta och styva, fyller de ut de utrymmen mellan angränsande fosfolipidmolekyler som lämnas av knutarna i deras omättade kolväteändar. På detta sätt tenderar kolesterolet att styva tvåskiktet, vilket gör det styvare och mindre genomsläppligt.
För alla celler är membranets fluiditet viktig av många anledningar. Den gör det möjligt för membranproteiner att snabbt diffundera i bilagets plan och att interagera med varandra, vilket till exempel är avgörande vid cellsignalering. Den gör det möjligt för membranlipider och proteiner att diffundera från platser där de förs in i bilaget efter sin syntes till andra delar av cellen. Den gör det möjligt för membranen att smälta samman med varandra och blanda sina molekyler, och den ser till att membranmolekylerna fördelas jämnt mellan dottercellerna när en cell delas. Om de biologiska membranen inte var flytande är det svårt att föreställa sig hur celler skulle kunna leva, växa och reproducera sig.