Ключевой характеристикой жизни является способность отделять внешнюю среду от внутреннего пространства. Для этого в клетках появились полупроницаемые мембраны, которые регулируют прохождение биологических молекул. Кроме того, клеточная мембрана определяет форму клетки и взаимодействие с внешней средой. Мембраны эукариотических клеток также служат для разделения внутреннего пространства на органеллы, включая эндомембранные структуры ядра, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи.
Мембраны в основном состоят из фосфолипидов, состоящих из гидрофильных головок и двух гидрофобных хвостов. Эти фосфолипиды самоорганизуются в бислои, хвосты которых ориентированы к центру мембраны, а головки – наружу. Такое расположение позволяет полярным молекулам взаимодействовать с головками фосфолипидов как внутри, так и снаружи мембраны, но предотвращает их перемещение через гидрофобное ядро мембраны.
Белки и углеводы определяют уникальные свойства клеточной мембраны. Интегральные белки встроены в мембрану, а периферические белки прикреплены к внутренней или внешней поверхности мембраны. Трансмембранные белки – это интегральные белки, охватывающие всю клеточную мембрану. Белки трансмембранного рецептора важны для передачи сообщений извне внутрь клетки. При связывании с внеклеточной сигнальной молекулой трансмембранные рецепторы претерпевают конформационные изменения, которые служат внутриклеточным сигналом. Другие белки, такие как ионные каналы, служат для регулирования прохождения больших или полярных молекул через ядро гидрофобной мембраны.
Углеводы связаны либо с липидами, либо с белками на внешней поверхности клеточной мембраны. Уникальные паттерны гликопротеинов и гликолипидов, присутствующие на внешней поверхности клетки, позволяют клеткам распознавать друг друга. Иммунные клетки человека способны отличать “своих” от чужих, распознавая углеводные модификации на поверхности клеток. Вместе белки, углеводы и липиды, присутствующие на мембране, создают функциональную и гибкую границу для клеток.
