cellemembran

Er et "rør", som går tværs igennem cellemembranen. Kanaler lader mindre stoffer passere igennem cellemembranen. Dette sker typisk ved diffusion. Kanalerne er ikke altid åbne, men de åbnes og lukkes afhængig af, hvad cellen har brug for og de signaler, cellen modtager. Hvis der for eksempel er mange Na⁺ uden for cellen (ekstracellulært) og kun få inden i cellen, vil Na⁺-ioner strømme ind i cellen, når kanalen åbnes. Dette sker altid med sin koncentrationsgradient, hvilket betyder, at der ikke bruges energi i form af ATP til at drive transporten. Dette betegnes passiv transport.

En anden type transportprotein er såkaldte transportpumper, der pumper stoffer mod sin koncentrationsgradient. Fx efter at Na+-ioner er strømmet ind i cellen, skal Na+ ud igen for at opretholde balancen i cellen. Da der er en højere koncentration af Na+ uden for cellen end inde i cellen, så vil Na+ ikke kunne strømme passivt tilbage via kanalen, men det skal i stedet pumpes tilbage. Til dette skal der benyttes energi i form af ATP. Denne form for transport over membranen kaldes aktiv transport.

Større stoffer, der ikke kan fragtes over membranen ved hjælp af kanaler eller pumper, skal fragtes over cellemembranen ved hjælp af andre mekanismer. Dette kunne være molekylet LDL (low density lipoprotein) som fragter kolesterol i blodet. LDL optages af leverceller, ved at membranproteiner i cellemembranen kan bindes til LDL. Membranproteinerne fungerer som LDL-receptor. Binding af LDL til LDL-receptoren fører til, at membranen rundt om receptoren bugter indover og danner en blære rundt om receptoren med LDL. Denne måde at optage LDL på kaldes endocytose.

Store molekyler, der skal ud af cellen, fragtes ud ved hjælp af eksocytose. Hormonet insulin er et eksempel på dette. Insulin produceres i cellens endoplasmatiske reticulum (ER) og fragtes med små blærer (vesikler) fra ER via Golgi-apparatet til cellemembranen. Her smelter blæren med cellemembranen og insulin slippes ud af cellen.

Funktionen til en celle er ofte reguleret af, hvilken information den modtager til enhver tid. Fx skal en muskelcelle, der optager glukose fra blodet, have signaler fra insulin. Insulin binder sig da til bestemte proteiner i membranen på muskelcellerne og giver cellen besked om at optage glukose. På samme måde kan andre signalstoffer binde sig til andre proteiner og give cellen information om, at den skal dele sig. Den slags cellesignalering er vigtig for at opretholde cellernes funktion i kroppen.

Cellerne i væv og organer skal have kontakt med hinanden for at holde sammen. Denne kontakt opretholdes af proteiner i membranen på de forskellige celler. Når proteinerne binder til hinanden, holdes cellerne sammen. I tarmen kan den slags kontakter mellem tarmceller danne åbne rør, eller kanaler, mellem cellerne, sådan at cellerne kan udveksle information.

Celle-celle-kontakt er ikke bare vigtig i væv og organer. Cellerne i vores immunforsvar er afhængige af at kunne genkende celler, som fx er inficerede af virus eller bakterier, sådan at den inficerede celle kan dræbes.

Fosfolipider er de mest almindelige lipider i plasmamembranen. Fosfolipiderne er amfipatiske molekyler med et hydrofilt (vandelskende) hoved og en hydrofob (vandhadende) hale. Det hydrofile hoved består af glycerol og fosfat, mens den hydrofobe hale består af to fedtsyrekæder. Fedtsyrekæderne kan være mættede eller umættet.

Fosfolipiderne danner spontant et dobbeltlag, hvor de hydrofile "hoveder" peger ud mod de vandige omgivelser og ind mod cellens midte, mens de hydrofobe "haler" peger indad mod hinanden. På denne måde vil den side af membranen, der vender ud mod cellens indre, og den del, der vender mod indersiden af cellen være hydrofil, mens membranens indre vil være hydrofob.

På det hydrofile hoved er der koblet forskellige molekyler til fosfatgruppen, og dette danner grundlaget for forskellige typer fosfolipider. Fx vil molekylerne etanolamin, cholin og serin henholdsvis danne fosfatidyletanolamin, fosfatidylcholin og fosfatidylserin. Sphingomyelin er en fjerde type fosfolipid, men i stedet for glycerol i det hydrofile hoved har de sphingosin.

De forskellige fosfolipidtyper fordeler sig forskelligt i membranen. Mens fosfatidylcholin og sphingomyelin hovedsagelig vender ud mod det ekstracellulære miljø, vender fosfatidylserin og fosfatidyletanolamin ind mod cytoplasma. Denne fordeling af fosfolipiderne gør, at membranen får forskellige egenskaber på ydersiden og indersiden. Fosfatidylserin har fx en negativ ladning, hvilket gør, at membranen er svagt negativ på den cytoplasmatiske side.

Syge celler skal dræbes og/eller fjernes, hvis ikke kan de gøre stor skade på organismen. Her spiller cellemembranens fosfolipider en central rolle. Da fosfolipiderne har en bestemt plads – enten pegende udad eller indad – vil de meget sjældent flippe over på "forkert side". Men hvis cellen af forskellige grunde er ødelagt, inficeret af virus eller på anden måde ikke fungerer, som den skal, vil fosfolipiderne begynde at flippe over på den forkerte side af cellemembranen. Fosfatidylserin, som almindeligvis peger indover mod cytosolen, vil flippe og vende sig ud mod ekstracellulært miljø. Dette er et signal til cellen om, at den skal gå i apoptose. Den slags celler opfattes af celler i immunforsvaret, kaldet makrofager, som spiser og tilintetgør den døende celle. Denne proces kaldes fagocytose.

En række forskellige proteiner indgår i cellemembranen. Nogle proteiner kan gå tværs gennem membranen, da kaldes de transmembrane proteiner. Disse proteiner er en integreret del af membranen og kan ikke frigøres fra membranen, uden at membranen ødelægges. Andre proteiner kaldes perifere proteiner og findes kun på membranens inderside. Disse proteiner kan veksle mellem at være associerede med membranens inderside eller være frit i cytoplasma.

Membranproteinerne har mange forskellige funktioner knyttet til transport over membranen, kontakt mellem celler, signaloverføring eller enzymaktivitet. Membranproteiner kan også udnyttes af bakterier og vira for at få tilgang til værtsceller, og de er vigtige i forbindelse med immunreaktioner.

Et andet fedtstof i cellemembraner er kolesterol, der udgør op til 30 procent af membranen. Kolesterol dannes i leveren, men fås også via kosten. Kolesterol spiller en vigtig rolle i at stabilisere membranen ved at udfylde områder i membranen, der består af umættede fedtsyrer.

Kolesterol gør membranen stabil ved moderate temperaturer, ligesom den også gør membranen mindre stiv ved lave temperaturer (fx hos dyr, der lever i Arktis). Kolesterol findes kun i dyreceller.

Fosfolipiderne, kolesterol og proteinerne flytter sig hele tiden i forhold til hinanden i membranen, men de bevæger sig kun sidelæns. Denne bevægelse kaldes for lateral diffusion, og gør, at membranen hele tiden er i bevægelse. Membranen betegnes derfor ofte som en flydende mosaik af molekyler. Disse bevægelser er vigtige for membranens funktion. Når nye membranproteiner dannes i cellen og sættes ind i membranen, er det vigtigt, at proteinerne fordeles helt udover membranen. Også under celledeling er det vigtigt, at dattercellerne får omtrent den samme fordeling af membranmolekyler som modercellen. I tilfælde, hvor celler har kontakt med hinanden, vil forskellige lipider og proteiner samles i kontaktpunkterne. Når kontakten ophører er, det vigtigt, at molekylerne igen fordeles udover membranen.