Das Sarkolemma, auch Myolemma genannt, ist die Zellmembran einer Muskelzelle. Die Zellen aller Muskeltypen im menschlichen Körper – Skelett-, Herz- und glatte Muskulatur – haben alle Sarkolemme. Die Zellmembran oder Plasmamembran ist eine wichtige Struktur aller Zellen. Es besteht aus Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten und dient dazu, das Innere der Zelle von der äußeren Umgebung zu trennen und Substanzen selektiv in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu lassen. Das Sarkolemma ist eine spezielle Art von Zellmembran, die auf die einzigartigen Bedürfnisse von Muskelzellen eingeht.
Das Sarkolemma unterscheidet sich von anderen Zellmembranen dadurch, dass es aus zwei Schichten besteht. Die dem Zellinneren am nächsten liegende Schicht ist die gleiche wie bei anderen Zellmembranen, während die äußere Schicht aus Polysacchariden mit dünnen Kollagenfasern besteht. Bei Skelettmuskeln verschmilzt die äußere Schicht des Sarkolemmas mit Sehnenfasern am Ende jeder Muskelfaser, wodurch die Muskeln über die Sehne am Skelett befestigt werden.
Neben der allen Zellmembranen gemeinsamen Schutzfunktion und selektiven Permeabilität dient das Sarkolemma zusätzlich zur Aufnahme und Weiterleitung von Reizen, die für die Muskelkontraktion essentiell sind. In der Skelett- und Herzmuskulatur bildet das Sarkolemma tief in der Muskelzelle Tubuli, die als Quertubuli oder T-Tubuli bekannt sind, die es chemischen Polaritätsänderungen ermöglichen, schnell in das Innere der Zelle einzudringen. Diese Polaritätsänderungen, die als Aktionspotential bezeichnet werden, treiben Muskelkontraktionen an.
Bei einigen Formen der erblichen Muskelerkrankung Muskeldystrophie wird eine fortschreitende Muskelschwäche durch ein nicht richtig funktionierendes Sarkolemma verursacht. Bei bestimmten Krankheitsformen fehlt dem Patienten das Protein Dystrophin, das in sehr geringen Mengen im Skelettmuskelgewebe gesunder Personen vorkommt. Dieser Mangel führt dazu, dass sich die Zellmembran vom Zytoskelett löst, der intrazellulären Struktur, die die Form der Zelle beibehält. Folglich öffnen sich während der Muskelkontraktion zu viele Kalziumkanäle im Sarkolemma, wodurch überschüssige Kalziumionen die Zelle überfluten. Der Überschuss an Calciumionen aktiviert das Enzym Calpain, das Proteine verdaut, wodurch der Muskel geschwächt wird.