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Die Zellmembran (Membrana cellularis, Plasmamembran, Zytomembran), auch pellicula (lat. Fellchen) oder Peanale (lat. Häutchen), bei Pflanzenzellen auch Plasmalemma genannt, ist eine Biomembran, die die lebende Zelle umgibt und ihr inneres Milieu aufrechterhält. Sie besteht aus einer Lipiddoppelschicht und ist mit einer Stärke von etwa 6–10 nm lichtmikroskopisch höchstens als vage Linie erkennbar.
Jede Zelle identifiziert sich mit Hilfe ihrer peripheren Proteine nach außen hin (siehe Antigen). Diese Membranproteine liegen oder "schwimmen" auf oder in der Membran. Zusätzlich dazu hängen zur Markierung an der Außenseite der Zellmembran oft kurzkettige, teilweise bäumchenartig verzweigte Kohlenhydratverbindungen an den Proteinen und an den Lipiden. Man spricht dann von Glykoproteinen bzw. Glykolipiden. Die nach außen ragenden Strukturen der Zellmembran haben vielfach Rezeptor-Funktion. Diese Glykoproteine und Glykolipide bilden auch die Glykokalyx, die bei Zellen ohne Zellwand für Stabilität sorgt.
Die Außenseite der Zellmembran ist mit verschiedenen Rezeptoren besetzt.
Die meisten Zellen besitzen ein Membranpotential, was heißt, dass zwischen innen und außen eine Potentialdifferenz besteht. Es entsteht durch unterschiedliche Stoff- und Ladungsverteilung ein elektrochemischer Gradient.
Sonderbildungen sind bei tierischen Zellmembranen die Mikrovilli, Pseudopodien-artige Ausstülpungen nach außen, die die Oberfläche der Membran vergrößern und zusammen den "Bürstensaum" der Zelle bilden.
Eine Zellmembran ist die Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Zellen. Außerdem findet in der Zellmembran ein Stoffaustausch statt.
