Les membranes biologiques sont des édifices supramoléculaires composées de lipides et de protéines. L’amphiphilie des phospholipides membranaires permet leur organisation en bicouche dans laquelle s’insèrent des protéines qui peuvent être transmembranaires ou non. L’ensemble est maintenu uniquement par des liaisons non covalentes, ce qui explique la mobilité des molécules et donc l’existence d’une fluidité membranaire.

Cette fluidité est réduite localement grâce à des interactions entre certaines protéines transmembranaires comme les intégrines et des éléments du cytosquelette, ainsi qu’avec des molécules des matrices extracellulaires ou des protéines de jonctions comme les cadhérines. Ceci permet l’ancrage d’une cellule à une matrice extracellulaire ou une adhérence cellulaire au sein d’un tissu épithélial.

Cette fluidité membranaire permet la mobilité des transporteurs et donc les échanges transmembranaires (ex. : glucoses perméases) ou le transport d’électrons comme dans la membrane interne mitochondriale. Elle permet aussi l’activation de récepteurs par dimérisation lors de la communication hormonale.

La composition des membranes plasmiques en font des barrières hémiperméables. Si elles sont relativement perméables aux petites molécules hydrophobes et aux composés gazeux, elles ne laissent passer les molécules polaires ou chargées que si elles possèdent les transporteurs adéquats. Les échangeurs se font soit :

  • Par transport passif selon le gradient chimique ou électrochimique (ex : canalsodique, glucose perméase) ;
  • Par transport actif contre le gradient électrochimique, soit de manière ATP dépendante pour un transport actif primaire (ex : pompe $\mathrm{Na^+- K^+}$), soit par dissipation d’un gradient électrochimique existant (ex : symport $\mathrm{Na^+}-$ glucose)
  • Par flux vésiculaire actif, des récepteurs permettant une endocytose de certains composés comme les LDL, tandis que la pinocytose est non spécifique.

Enfin, la membrane plasmique constitue une interface de communication :

  • Grâce à des récepteurs transmembranaires couplés à des voies de transduction du signal, les cellules peuvent répondre à la réception de messagers diffusibles comme l’insuline ou la noradrénaline.
  • Grâce à des canaux ioniques voltage ou ligand- dépendant, certaines cellules comme les neurones ou les cardiomyocytes peuvent
    générer des messages électriques et être à l’origine d’une communication nerveuse.
  • Grâce à des complexes glycoprotéiques, les cellules peuvent se reconnaître. Les interactions entre les glycoprotéines $\mathrm{ZP3}$ et les récepteurs sur la tête du spermatozoïde déclenchent une réaction acrosomique tandis que le glycocalyx à la surface des cellules animales permet une identification cellulaire chez les Vertébrés.