Seule une barrière très mince et flexible sépare le contenu d'une cellule de son environnement. Cette barrière, appelée membrane cellulaire (ou membrane plasmique), permet sélectivement l'échange et le passage de certaines molécules tout en évitant la présence de substances indésirables. La membrane permet également à la cellule de communiquer avec d'autres cellules et l'environnement qui l'entoure. Les plantes et les animaux possèdent des membranes cellulaires, mais les plantes, les levures et les bactéries ont également une paroi cellulaire rigide à l'extérieur de la membrane pour un soutien et une structure supplémentaires. Les fonctions uniques de la membrane cellulaire dictent sa structure et ses propriétés.
Composant phospholipide
Une structure à deux couches de molécules lipidiques spéciales, appelées phospholipides, constitue la membrane cellulaire. Chaque phospholipide possède deux chaînes d'acides gras attachées à une tête phosphate-glycérol. Les acides gras sont hydrophobes (haineux) où la tête de phosphate est hydrophile (aimant l'eau). Les deux couches de phospholipides se positionnent de telle sorte que les acides gras sont à l'intérieur des couches ou des feuillets. Selon «Carnegie-Mellon: la structure et la fonction de la membrane cellulaire», lorsque la membrane bicouche entre en contact avec l'eau, les molécules de phospholipides se réarrangent pour éloigner les queues d'acides gras de l'eau.
Composant protéique
Deux types de protéines sont dispersés dans la membrane cellulaire: les protéines intégrales et les protéines périphériques. Des protéines intégrales, constituées de longues chaînes d'acides aminés, traversent toute la membrane. Certaines parties de la protéine interagissent avec l'environnement extérieur et d'autres parties interagissent avec l'intérieur de la cellule. Par conséquent, les protéines intégrales sont également appelées protéines transmembranaires. Les protéines intégrales ont deux fonctions principales. Ils agissent comme des pores qui permettent à certains «ions ou nutriments dans la cellule» et «transmettent des signaux dans et hors de la cellule», selon James Burnette III dans l'article Carnegie-Mellon.
En revanche, périphérique les protéines se fixent uniquement à la surface de la membrane et servent d'ancrage pour le cytosquelette ou les fibres extracellulaires.
Glucides et cholestérol
Une couche de glucides appelée glycocalyx recouvre la surface cellulaire. Le glycocalyx est constitué d'oligosaccharides courts attachés à certains types de protéines transmembranaires. Selon "La Cellule: Structure de la Membrane Plasma", le glycocalyx fournit l'identité d'une cellule. Il fournit essentiellement un ensemble de marqueurs qui peuvent distinguer entre des cellules identiques et des cellules étrangères ou envahissantes. Le glycocalyx sert également à protéger la surface cellulaire.
Les cholestérols sont un autre type de lipides trouvés sur la membrane cellulaire. Disséminés dans tout l'intérieur des acides gras, les cholestérols empêchent l'empaquetage des queues et aident à garder la membrane fluide.
Propriété Mosaïque
Première proposition de Singer et Nicolson ("Science", 18 février, 1972) en tant que modèle de mosaïque fluide, la membrane cellulaire possède deux caractéristiques essentielles qui lui permettent de remplir ses fonctions. Tout d'abord, la membrane cellulaire est une structure en mosaïque de différentes molécules. Chaque type de cellule dans les organismes multicellulaires et unicellulaires aura une collection unique et une combinaison de protéines, de glucides et de lipides. À titre d'exemple, Burnette de Carnegie-Mellon mentionne que la membrane des globules rouges contient plus de 50 sortes de protéines.
Propriété des fluides
La deuxième propriété de la membrane cellulaire est sa fluidité. Les phospholipides se déplacent librement et se réarrangent à l'intérieur de chaque couche de la membrane, mais ils traversent rarement la région hydrophobe et de transférer à la couche opposée, selon Burnette. Les têtes hydrophiles sont toujours sur la périphérie externe et les queues hydrophobes restent dans le noyau de la bicouche.
La propriété fluide de la membrane se traduit par des bicouches asymétriques. Burnette décrit qu'en réponse à des environnements changeants ou des températures différentes à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, il peut y avoir plus de protéines ou de molécules de glucides sur chaque couche, permettant le passage sélectif des molécules et des ions à travers la membrane.
Une illustration des propriétés de la mosaïque fluide de la membrane cellulaire est présentée dans "Carnegie-Mellon: la structure et la fonction de la membrane cellulaire".
