Membranlipider er amfipatiske, hvilket betyder, at de har en polær eller hydrofil ende og en upolær eller hydrofob ende. I vandige medier organiserer membranlipiderne sig spontant i dobbeltlag med de polære ender orienteret mod opløsningen og de upolære ender orienteret væk fra opløsningen. Bilaget lukker sig om sig selv for at undgå frie kanter med vand. Disse grundlæggende strukturelle egenskaber hos plasmamembraner gør det muligt for dem at udføre deres grundlæggende funktioner. F.eks. gør membranlipidernes tilbøjelighed til at danne termodynamisk stabile, lukkede lipiddobbeltlagsstrukturer dem stabile og tilskynder til dannelse af lukkede subcellulære rum. Det gør det også muligt at reparere små revner i membranen spontant, hvilket forhindrer materiale i at sive ud af cellen eller organellerne. Desuden fungerer membranernes hydrofobiske indre som en barriere for vandopløselige molekyler, men tillader visse lipidopløselige molekyler at diffundere passivt igennem. Membraner er derfor selektivt permeable strukturer; en egenskab, der er med til at forhindre lækage og beskytte cellen mod passiv indtrængen af mange toksiner.
Phosphoglycerider har et hydrofilt polært hoved og en hydrofob fedtsyrehale. Sammensætningen og længden af kulbrintehale er noget forskelligartet og er rapporteret til at variere fra 14 karboner til 24 karboner. Kemisk modifikation af inositolringen sker ved omdannelsen af phosphatidylinositol til andre phosphoinositider.
Membranlipider er meget forskelligartede, idet en typisk membran indeholder mere end 100 lipidarter. Disse lipider varierer i deres struktur og graden af mætning af fedtacylkæderne.
Der er tre hovedklasser af membranlipider – fosfoglyceriderne, sfingolipiderne og sterolerne.
Hvad er fosfolipider?
Fosfoglyceriderne og sfingolipiderne kan kombineres som én klasse, nemlig fosfolipiderne. Disse er de klassiske membranlipider, der er dannet af en polær hovedgruppe og to hydrofobiske fedtsyrehaler. Fedtsyrehalerne indeholder typisk mellem 14-24 kulstofatomer. Den ene af de to haler er umættet og indeholder derfor en eller flere cis-dobbeltbindinger, hvilket skaber et lille knæk i halen. Den anden hale er mættet, uden cis-dobbeltbindinger og forbliver lige. Variationer i længden og mætningen af fedtsyrehalen påvirker, hvor tæt fosfolipiderne er i stand til at pakke sig mod hinanden, hvilket fører til ændret membranfluiditet. Den polære hovedgruppe er forbundet med fedtsyrehalen ved hjælp af en rygsøjle, der består af enten glycerol eller sfingosin. Det forskellige backbone-molekyle adskiller fosfolipidklasserne fra hinanden.
Hvordan er fosfoglycerider strukturelt og biokemisk forskellige fra sfingolipider?
Fosfoglycerider har en polær hovedgruppe, der er esterificeret til en af tre glycerolhydroxylgrupper, og to hydrofobiske fedtsyrehaler, der er esterificeret til de resterende to hydroxylgrupper i glycerolryggen. Den polære hovedgruppe består af en fosfatgruppe, der er knyttet til cholin, ethanolamin, serin eller inositol. Disse danner henholdsvis phosphatidylcholin (PC), phosphatidylethanolamin (PE), phosphatidylserin (PS) og phosphatidylinositol (PI).
Sphingolipider har på den anden side en rygsøjle dannet af sfingosin, en aminoalkohol med en lang kulbrintekæde; en mindre hyppig klasse af membranlipider. Ceramid er en simpel sfingolipid, som har en hydrofob fedtsyrehale knyttet til aminogruppen i sfingosin. Forestering af yderligere grupper til den terminale hydroxylgruppe på sphingosinets rygsøjle giver anledning til andre typer sfingolipider. F.eks. har sfingomyelin en polær fosforylcholinhovedgruppe, og glykolipider har en kulhydratgruppe. Kulhydratgruppen i glykolipider kan være et simpelt sukker eller et oligosakkarid, der danner henholdsvis cerebrosider og gangliosider.
Steroler er mindre end phospholipider. De har en enkelt polær hydroxylhovedgruppe, der er knyttet til en stiv steroidringstruktur, og en kort upolær kulbrintehale. Kolesterol er den vigtigste sterolkomponent i animalske cellemembraner. Der findes forskellige steroler i andre eukaryote cellemembraner. Gær og svampe anvender ergosterol, mens planter anvender sitosterol og stigmasterol. Prokaryote cellemembraner indeholder dog stort set ingen steroler. Steroler indsættes i lipiddobbeltlaget med deres hydroxylhovedgrupper orienteret mod fosfolipidernes polære grupper. Derved bliver sterolens stive ringstruktur rettet ind efter fosfolipidets kulbrintehale, hvilket mindsker fosfolipidernes mobilitet. Denne stivgørende effekt reducerer også den vandopløselige permeabilitet af bilaget, men påvirker ikke membranens fluiditet.