Membranlipide sind integraler Bestandteil des aktiven Transports durch die Membran, vieler Arten von Enzymaktivität und der Membranbildung. Lipide sind eine Gruppe von Verbindungen, die Fette und Öle umfassen und in Wasser unlöslich, aber in Alkohol löslich sind. Mit anderen Worten, Lipide lösen sich nicht in Wasser auf, was beim Hinzufügen von Öl zu Wasser deutlich wird – sie vermischen sich, bleiben aber getrennt. Es gibt viele verschiedene Arten von Lipiden, aber die Hauptklassen von Membranlipiden sind Phospholipide, Glykolipide, Sphingolipide und Cholesterin.
Lipide sind amphipathisch, da jedes Molekül zwei unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Affinitäten für Wasser und Öl aufweist. Der hydrophile Bereich des Moleküls ist polar, wird also von Wasser angezogen. Der hydrophobe Bereich ist nicht polar und löst sich nicht in Wasser auf. Es ist diese besondere Eigenschaft von Lipiden, die die Struktur lebender Membranen verursacht. Bei der Bildung einer Membran ordnen sich die Membranlipide zu einer Doppelschicht an. Eine Doppelschicht besteht aus zwei Membranlipidschichten, deren hydrophile Köpfe nach außen zeigen und hydrophobe Schwänze in der Mitte der Membrandoppelschicht liegen.
Alle Membranen in lebenden Organismen, sowohl um die Zellen herum als auch in ihnen, bestehen hauptsächlich aus Lipiden und Proteinen. Die Membranlipide sind die vorherrschenden Moleküle in der Membran. Einige Proteine sind in der gesamten Lipidschicht verstreut, während andere an ihrer Oberfläche befestigt sind.
Die meisten Membranlipide werden durch kovalente Bindung von Glycerin an drei Fettsäureketten gebildet. Die resultierenden Moleküle werden Glyceride genannt. Sphingolipide sind die Ausnahme von dieser Regel, da sie gebildet werden, wenn Sphingosin anstelle des Glycerins kovalent an die Fettsäureketten bindet. Kovalente Bindungen treten auf, wenn entgegengesetzt geladene Atome Elektronenpaare teilen.
Phospholipide sind die häufigsten Membranlipide. Sie entstehen, wenn eine Phosphatgruppe, die Phosphor enthält, an ein Diglycerid und ein weiteres einfaches organisches Molekül gebunden wird. Ein Diglycerid besteht aus zwei Glyceridmolekülen. In einem Phospholipid ist der Kopf mit der Phosphatgruppe polar, sodass er von Wasser angezogen wird. Die langen Kohlenwasserstoffketten der Fettsäuren sind hydrophob und bleiben in der Mitte der Membrandoppelschicht.
Glykolipide werden gebildet, wenn sich eine Kohlenhydratkette an ein Phospholipid anlagert. Die Kohlenhydratkette befindet sich auf der äußeren Schicht der Membrandoppelschicht. Auf diese Weise fungiert die Kohlenhydratkette als Marker für die zelluläre Erkennung. Außerdem liefern Glykolipide Energie, die in der Kohlenhydratkette gespeichert wird. Schließlich helfen Glykolipide, die Membran zu stabilisieren und bieten einen Ort für die Anheftung an andere Zellen oder Gewebe.
Wenn Cholesterin in einer Membran vorhanden ist, bindet es schwach an Phospholipide auf beiden Seiten davon. Durch die Bindung an die benachbarten Phospholipide stabilisiert das Cholesterin diese und stabilisiert wiederum die gesamte Membran. Bei höheren Cholesterinmengen wird die Membran weniger flüssig oder frei beweglich und mechanisch stärker. Die Menge an Cholesterin in Membranen variiert je nach Zelltyp. Pflanzen enthalten kein Cholesterin, verlassen sich also auf die Zellwand für die Stabilität ihrer Zellen.
Schließlich finden sich Sphingolipide hauptsächlich in der äußeren Schicht der Doppelschicht. Es gibt eine sehr ungleichmäßige Verteilung dieser Art von Lipid über die Doppelschicht. Sphingolipide bilden Lipid-Rafts, die für die Signalübertragung und Erkennung von Zellen wichtig sind. Cholesterin wird manchmal neben oder in der Nähe der Sphingolipide gefunden, um die Zellmembran um sie herum zu stabilisieren.