Клеточные мембраны состоят из двух слоев липидов, в которых расположены белковые молекулы. К внешней стороны мембран могут прикрепляться углеводные компоненты. Внешнюю часть каждого из слоев липидов
образуют их гидрофильные головки, а внутреннюю - гидрофобные хвосты. Мембранные белки выполняют различные функции и могут располагаться на поверхности липидного слоя, в одном из слоев или пронизывать оба слоя. Две стороны мембраны могут отличаться между собой и по составу, и по свойствам. Мембранные белки и липиды могут свободно перемещаться в плоскости мембраны (кроме тех случаев, когда они жестко закреплены). Большая часть мембранных липидов относится к группе фосфолипидов. Именно они придают обоим слоям мембраны «подвижных» свойств - возможность молекул мембранных липидов и белков относительно свободно перемещаться в пределах мембраны. Другая группа липидов, к которой принадлежит, например, холестерол, делает мембрану более «жесткой» и снижает возможность движения молекул в пределах мембраны.
Важнейшими функциями биологических мембран является барьерная, транспортная и рецепторная. Мембраны являются барьерами с избирательной проницаемостью, которые регулируют обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также между отдельными компонентами внутри клетки. Барьерные функции мембран выполняют, в первую очередь, липиды. Именно они образуют основу мембранной «стенки». Большую часть транспортных функций выполняют белки. Они могут образовывать в мембране сквозные каналы или транспортировать некоторые вещества в связанном виде (образуя с ними временные соединения). вместе с углеводами белки образуют рецепторные комплексы, которые играют важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. К тому же, эти комплексы являются главным инструментом межклеточных узаемодий.
Мембраны содержат значительный процент липидов (до 50%), глобулярных белков (в среднем 50%), углеводов (до 10%). Белки располагаются не слоями, а мозаично, при этом одни из них находятся только на поверхности, другие погружены в липидную фазу, пронизывая ее насквозь или частично. Двойной слой липидов представляет собой структуру, в которой отдельные молекулы липидов способны диффундировать в пределах своего слоя, а также могут иногда переходить из одного слоя в другой. Вязкость и подвижность липидных слоев зависит от их состава и температуры. Цитоплазматическая мембрана снаружи покрывает клетку и является важнейшей в системе биомембран, необходимым условием существования любой клетки. Одним из условий возникновения жизни является появление поверхностной оболочки клетки. Цитоплазматическая мембрана несколько сложнее, однако имеет тот же принцип строения, как и остальные мембран.
В состав цитоплазматических мембран кроме липидов и белков входят также молекулы гликолипидов и гликопротеидов с разветвленными углеводородными цепями. Эти цепи на поверхности клетки переплетаются друг с другом и с молекулами белков, образуя каркас (гликокаликс). Его функции:
• обеспечение межклеточных контактов;
• пристеночное пищеварение.
С внутренней стороны клетки белки и гликопротеиды связаны с микротрубочками и другими элементами цитоскелета. часто плазматическая мембрана образует выступы - микроворсинки. Это увеличивает всасывающую поверхность клеток, облегчает перенос веществ через внешнюю мембрану и их прикрепления к поверхности субстрата. Цитоплазматическая мембрана ограничивает клетку от внешней среды, сохраняет и поддерживает ее внутреннее содержание, избирательно переносит различные вещества, обеспечивает связь с внешней средой, участвует в ферментативных процессах.
Мембраны являются основой для точного размещения ферментов, что приводит четкую последовательность биохимических реакций. Некоторые болезни человека и животных связаны с нарушениями в строении и функциях мембран. В разных организмов мембраны могут иметь различный белковый и липидный состав, отличаться деталями структуры. Мембраны различных органелл имеют свои особенности строения. Но принцип организации всех видов мембран у разных животных, растений, грибов, прокариот тот же.