Wat zijn membranen?

Een belangrijk kenmerk van het leven is het vermogen om de externe omgeving van het interne milieu te scheiden. Hiervoor hebben cellen semipermeabele membranen ontwikkeld die de doorgang van biologische moleculen reguleren. Bovendien bepaalt het celmembraan de vorm van een cel en de interacties met de externe omgeving. Eukaryotische celmembranen dienen ook om de interne ruimte in organellen te compartimenteren, zoals de endomembraanstructuren van de kern, het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat.

Membranen zijn voornamelijk samengesteld uit fosfolipiden die zijn bestaan uit hydrofiele koppen en twee hydrofobe staarten. Deze fosfolipiden assembleren zichzelf tot dubbellagen zodat de staarten naar het midden van het membraan wijzen en de koppen naar buiten zijn gericht. Door deze opstelling kunnen polaire moleculen interageren met de koppen van de fosfolipiden zowel binnen als buiten het membraan, maar wordt voorkomen dat ze door de hydrofobe kern van het membraan bewegen.

Eiwitten en koolhydraten dragen bij aan de unieke eigenschappen van het membraan van een cel. Integrale eiwitten zijn ingebed in het membraan, terwijl perifere eiwitten aan het interne of externe oppervlak van het membraan gebonden zijn. Transmembraaneiwitten zijn integrale eiwitten die het hele celmembraan overspannen. Transmembraanreceptoreiwitten zijn belangrijk voor het overbrengen van boodschappen van buiten naar binnen in de cel. Wanneer ze aan een extracellulair signaalmolecuul zijn gebonden, ondergaan transmembraanreceptoren een conformatieverandering die als een intracellulair signaal dient. Andere eiwitten, zoals ionenkanalen, dienen om de doorgang van grote of polaire moleculen door de hydrofobe membraankern te reguleren.

Koolhydraten zijn gebonden aan lipiden of eiwitten aan de buitenkant van het celmembraan. De unieke patronen van glycoproteïnen en glycolipiden die aanwezig zijn op het buitenoppervlak van een cel, maken cellulaire herkenning mogelijk. Menselijke immuuncellen kunnen zichzelf onderscheiden van vreemde stoffen door de koolhydraatmodificaties op celoppervlakken te herkennen. De eiwitten, koolhydraten en lipiden die aanwezig zijn op een membraan vormen samen een functionele en flexibele grens voor cellen.