Cellmembran (plasmamembran) – struktur, funktion och betydelse

Upptäck cellmembranets struktur, funktion och betydelse — hur plasmamembranet skyddar cellen, reglerar ämnestransport och styr viktiga livsprocesser.

Cellmembranet är ett tunt flexibelt lager runt cellerna i alla levande varelser. Det kallas ibland plasmamembran eller cytoplasmamembran.

Dess grundläggande uppgift är att separera cellernas inre från det yttre. I alla celler skiljer cellmembranet cytoplasman inuti cellen från dess omgivning. Djurceller är inneslutna i endast ett membran. Bakterier, svampar och växter har också starka cellväggar som stöder cellen och blockerar passagen av stora molekyler.

Struktur

Cellmembranet består huvudsakligen av ett dubbelt skikt av fosfolipider — ofta kallat en lipidbilayer — där de hydrofila (vattenälskande) huvudena är vända utåt mot både cytoplasman och den extracellulära vätskan, medan de hydrofoba (vattenavstötande) fettsyrasvansarna pekar inåt mot varandra. Utöver fosfolipider finns även:

• Kolesterol, som hos djurceller reglerar membranets stelhet och fluiditet.
• Membranproteiner, både integrala (genomgående) och perifera, som fungerar som kanaler, transportörer, receptorer och enzymer.
• Glykolipider och glykoproteiner på den extracellulära ytan som bildar ett skyddande skikt (glycocalyx) och är viktiga för celligenkänning och signalering.

Modellen som bäst beskriver membranets uppbyggnad är det så kallade fluid mosaic model — ett flytande mosaikmönster där lipider och proteiner kan röra sig lateralt i skiktet.

Funktioner

• Selektiv barriär: Membranet reglerar vilka ämnen som släpps in och ut och upprätthåller en stabil inre miljö.
• Transport: Genom diffusion, faciliterad diffusion och aktiv transport (med hjälp av pumpar och transportproteiner) flyttas joner och molekyler över membranet.
• Signalering: Receptorer i membranet tar emot kemiska signaler (hormoner, neurotransmittorer) och initierar cellulära svar.
• Celligenkänning och adhesionsfunktioner: Glykoproteiner och andra ytmolekyler gör att celler känner igen varandra och fäster i vävnader.
• Energiproduktion: I organeller som mitokondrier och kloroplaster bidrar membran till energitransformation genom att skapa jongradienter.

Transport över membranet

Olika mekanismer möjliggör transport:

• Passiv diffusion: Små oskadade och fettlösliga molekyler kan passera genom lipidlagret utan energi.
• Faciliterad diffusion: Jonkanaler och bärarproteiner hjälper polära eller laddade molekyler att passera längs koncentrationsgradienter.
• Osmos: Vattnets diffusion genom membranet via akvaporiner eller direkt genom lipidlagret.
• Aktiv transport: Transport som kräver energi (ofta ATP), till exempel Na+/K+-pumpen som upprätthåller jonbalans och membranpotential.
• Vesikulär transport: Endocytos (inklusive fagocytos, pinocytos och receptor‑medierad endocytos) och exocytos för större partiklar eller mängder av material.

Membranpotential och jongradienter

Genom att aktivt pumpa joner skapar cellmembran elektriska spänningsskillnader mellan in- och utsida — den så kallade membranpotentialen. Denna potential är avgörande för nervimpulser, muskelkontraktion och många cellulära processer.

Skillnader mellan celltyper

• Djurceller: Har membran men saknar cellvägg; kolesterol är vanligt i membranet.
• Växtceller och svampceller: Har både membran och en styv cellvägg; i växter finns plasmodesmata som förbinder cellernas membran genom cellväggar.
• Bakterier: Har plasmamembran och ofta en cellvägg av peptidoglykan. Deras membran kan skilja sig i sammansättning jämfört med eukaryoter.
• Arkéer: Kan ha unika lipider i sina membran som gör dem stabila i extrema miljöer.

Cellmembranet i medicin och teknik

• Membranproteiner är vanliga läkemedelsmål (receptorer, jonkanaler, transportörer).
• Vissa antibiotika och antifungala medel riktar sig mot cellmembran eller membrankomponenter (t.ex. polymyxiner, amphotericin B).
• Genetiska sjukdomar som cystisk fibros beror på fel i ett membranprotein (CFTR‑kanalen).
• Tekniskt används bland annat liposomer och nanoteknologi för läkemedelsleverans och modellering av membranfunktioner.

Membrandynamik och reparation

Membran är dynamiska: lipider och proteiner rör sig, membran kan smälta samman (fusion), bubblor bildas (vesiklar) och skador kan snabbt repareras genom olika cellulära mekanismer.

Sammanfattning

Cellmembranet är en flexibel och selektiv barriär med en komplex sammansättning av lipider, proteiner och kolhydrater. Det upprätthåller cellens inre miljö, möjliggör styrd transport, tar emot och vidarebefordrar signaler samt spelar en central roll i många biologiska processer och medicinska tillämpningar.

Struktur

Membranet består av ett tunt lager som kallas "fosfolipidbilager". Detta består av två lager av fosfolipidmolekyler med fosfathuvud på ytan och lipid (olja) på insidan. De yttre huvudena blandar sig med vatten, men svansarna stöter bort vatten.

Andra proteiner och lipider kan läggas till i cellmembranet. Genom dessa förändringar kan cellen justera vad den för in eller ut. Vissa proteiner sitter alltid fast i den, dessa kallas integrala membranproteiner. Det finns också några som bara ibland sitter fast på den. Dessa kallas perifera membranproteiner. Det yttre skiktet som skyddar den inre cellen.

 
Fosfolipidbilagan  

Funktion

Membranet är selektivt genomsläppligt. Det är aktivt och reglerar (anpassar) vad som kommer in och vad som går ut ur cellen. Ämnenas rörelse genom membranet kan vara antingen passiv, dvs. ske utan tillförsel av cellenergi, eller aktiv, dvs. kräva energi.

Proteiner i membranet

Proteiner i membranet är avgörande för att det ska fungera. Dessa proteiner transporterar huvudsakligen kemikalier och information genom membranet.

Membranet innehåller många proteiner. Ytproteinerna kan fungera som portar. De släpper in vissa kemikalier i cellen och låter andra kemikalier lämna cellen. Man uppskattar att upp till en tredjedel av människans proteom kan vara membranproteiner. En del av dessa proteiner är kopplade till cellmembranets utsida. Ett exempel på detta är CD59-proteinet, som identifierar celler som "egna" och därmed hindrar immunsystemet från att förstöra dem.

 
TEM-bild (transmissionselektronmikroskop) av en lipidvesikel. De två mörka banden runt kanten är två blad i tvåskiktet. Historiskt sett har liknande bilder bekräftat att cellmembranet är ett tvåskikt.  

Frågor och svar

F: Vad är cellmembranet?

F: Vad gör cellmembranet?

F: Har djurceller något annat än ett membran?

F: Har bakterier, svampar och växter något annat än ett cellmembran?

F: Hur skiljer sig en cellvägg från ett cellmembran?

F: Vilken typ av molekyler blockeras av en cellvägg?

Sök med bokstav