세포막은 수많은 종류의 단백질이 끼어 있는 지질 이중층으로 되어있다. 막은 연속적인 경계로서 선택적인 물질 이동이 일어난다.
생체막은 공통구조를 가지며 유동성이다
생체막은 지질, 단백질 및 탄수화물로 구성되어 있다. 막 구조의 유동모자이크 모델(fluid mosaic model)은 막의 평면 내에서 단백질이 이동하는인지질 이중층을 설명한다. 유동모자이크 모델에 따르면 세포막은 인지질, 당지질, 스테롤 그리고 단백질이 모자이크 형태로 구성되어있다.
막의 두 소엽은 인지질 조성, 내재성 막단백질그리고 표재성 막단백질(peripheral membrane protein)에서 서로다르기 때문에 다른 성질을 가진다. 막관통 단백질(transmembrane protein)은 막을 관통한다.
일부 물질은 확산에 의해 막을 통과한다
막은 물질의 통과를 조절하는 선택적 투과성을보여준다. 분자구조에 의해서 일부 물질만이 특정한 시기에 특정한 방식으로 이동할 수 있다.
어떤 물질은 인지질 이중층을 통한 단순확산 또는 통로 단백질이나 운반체 단백질 수단을 통한 촉진확산이라는 두 과정 중 한 가지로 막을 가로질러 수동적으로 확산한다. 여기서 확산이란 분자나 이온이 농도기울기에 순행해 이동하는 것을 말한다.
삼투에서 물은 아쿠아포린이라는 막 통로를 통해 물의 농도가높은 부위에서 낮은 부위로 확산한다. 이온은 이온통로를 통해 막을 가로질러 확산한다.
일부 물질은 막 통과에 에너지가 필요하다
능동수송(active transport)은 농도기울기에 역행하여 막 사이로 물질을이동시키기 위해 화학에너지의 사용을 요구한다. 나트륨-칼륨 펌프는 ATP 가수분해에서 나오는 에너지를 사용하여 농도기울기와 반대로 이온들을 이동시킨다. 세포질의 나트륨이온은 펌프의 열린 통로로 확산되어 들어와 작용기와 결합한다.
능동수송계는 근육수축이나 신경세포의 기능과 같은 여러가지 과정에 필수적인 막기울기를 유지하는데 관여한다.
거대분자는 소낭을 통해 막을 통과한다
세포내도입은 원형질막함입과 소낭 형성을 통해 진핵세포안으로 거대분자, 거대입자 및 작은 세포의 수송이다.
수용체 매개 세포내도입에서 원형질막의 특정 수용체는 특정한 거대분자와 결합한다. 수용체 매개 세포내도입은 대부분의 포유류 세포가 콜레스테롤을 섭취하는 방법이다.
세포외방출(exocytosis)에서 소낭에 있는 물질은 소낭이 원형질막과 융합할 때 세포 밖으로 방출된다. 세포외방출은 이자의 소화효소, 뉴런의 신경전달물질 그리고 식물의 세포벽 조립을 위한 물질의 방출을 포함하는 많은 물질의 분비에 중요하다.
막은 환경신호의 감지 핵심적인 역할을 한다.
세포는 주변 환경과 다른 세포로부터 많은 신호를 받는다. 화학신호는 종종 농도가 매우 낮다.
신호전환경로는 신호 종종 일종의 화학물질인 리간드(ligand)와 수용체의 상호작용, 세포 내 일련의 단계를 경유하는 신호의 전환과 증폭, 그리고 세포의 반응을 수반한다. 이 반응은 단기적이나 장기적이다.
세포는 신호와 결합할 수 있는 특정 수용체 단백질을 가졌을 때만 신호에 반응한다. 대부분의 수용체는 막에 분포한다. 이 방식으로 다른 분자의 수용체 부위와 결합하는 분자는 리간드라 부른다. 리간드는 보통 분해되지 않고 그 역할은 순전히 문을 두드리는 것이다.
신호는 신호전환을 통해 세포 내로 전달된다.
한 반응 다음에 다른 반응이 일어나는 사건의 연쇄반응은 신호에 의해 수용체가 활성화된 후에 일어난다.
종종 수용성 2차 전령이 막에서 1차 전령(리간드)으로부터 세포질의 하위신호전달분자로 신호전달 정보를 운반한다. CAMP(cyclic AMP: 고리형AMP)는 중요한 2차 전령이다. 2차 전령은 효소활성을 갖고 있지 않은 대신에 비공유결합을 하여 표적효소의 조절에 작용한다.
활성화된 효소는 신호전환경로의 다른 단백질을 활성화하여 신호의 놀라운 증폭을 일으킨다.
신호전환은 몇 가지 방식으로 조절된다. 관련된 활성분자와 불활성분자 사이의 균형이 신호에 대한 세포의 최종 반응을 결정한다.
신호에 대한 세포의 반응은 막 사이의 막전위 변화로 이루어지는 통로의 개방, 유전자에 암호화된 단백질의 양을 변화시킴으로써 세포의 기능을 변화시키는 유전자 발현의 변화 또는 효소활성의 변화를 포함한다.