Moleküle der Zellmembranen werden meist in zwei Organellen synthetisiert: dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat. Auf den Seiten, die sich mit diesen Organellen befassen, werden wir die Synthesevorgänge genauer beschreiben. Daher wird die Lipidsynthese auf den Seiten untersucht, die dem glatten endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat gewidmet sind, die Proteinsynthese auf den Seiten des rauen endoplasmatischen Retikulums und Kohlenhydrate auf den Seiten über das endoplasmatische Retikulum und den Golgi-Apparat. Auf den folgenden Seiten erfahren wir auch, welchen Wegen Membranmoleküle folgen, um die verschiedenen membrangebundenen Kompartimente sowie die Plasmamembran zu erreichen. Daher wird hier nur eine Zusammenfassung der Synthese von Membranmolekülen bereitgestellt.
Membranen erneuern kontinuierlich ihre Moleküle. Sie werden entfernt und stabil synthetisiert. Durch die Verwendung radioaktiv markierter Aminosäuren wurde gezeigt, dass hochmolekulare Proteine der Plasmamembran alle 2-5 Tage erneuert werden, während niedermolekulare Proteine alle 7-13 Tage erneuert werden. Lipide werden auch alle 7-13 Tage ersetzt. Proteine, die meisten Lipide und einige Kohlenhydrate von Zellmembranen werden im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert. Viele Lipide und die meisten Kohlenhydrate von Membranen werden im Golgi-Apparat synthetisiert.
Die meisten Membranmoleküle werden durch vesikulären Transport an ihren endgültigen Ort transportiert. Sie reisen als Komponenten der Vesikelmembranen, die nach der Fusion mit der Zielmembran Teil des molekularen Repertoriums des Zielkompartiments sind. Einige Moleküle werden jedoch von Trägern (Proteinen) zwischen Membranen bewegt oder zwischen Membranen ausgetauscht, die in den sogenannten Membrankontaktstellen sehr nahe beieinander liegen.
Das endoplasmatische Retikulum synthetisiert Proteine für sich selbst und für den Rest der Zellmembranen, neben Chloroplasten- und Mitochondrienmembranen. Diese Organellen können Proteine importieren, die von freien cytosolischen Ribosomen synthetisiert werden, oder sie können Proteine selbst synthetisieren, da diese Sie enthalten DNA, Ribosomen und alle für die Proteinsynthese erforderlichen Moleküle. Cholesterin und Glycerophospholipide werden auch im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert, die auf alle Zellmembranen verteilt sind, einschließlich Mitochondrien und Chloroplasten.
Als Sonderfall sind Peroxisomen zu erwähnen. Es wurde berichtet, dass Peroxisomen aus Vesikeln stammen, die aus dem endoplasmatischen Retikulum und den Mitochondrien stammen. Ein Teil der Moleküle ihrer Membranen wird jedoch von freien Ribosomen synthetisiert. Die Quellen von Peroxisommembranmolekülen sind daher vielfältig.
Die Mehrheit der Moleküle der Plasmamembran gelangt durch den kontinuierlichen einströmenden Fluss von Vesikeln, d. H. Durch Exozytose. Die Kompartimente, die Vesikel an die Plasmamembran senden, sind Endosomen und Golgi-Komplex. Die Entfernung von Plasmamembranmolekülen wird weitgehend durch endozytäre Vesikel vermittelt. Vesikel werden in der Plasmamembran gebildet und enden schließlich in den Lysosomen, wo Membranmoleküle abgebaut werden. Das Gleichgewicht zwischen Exozytose und Endozytose bestimmt die molekulare Zusammensetzung der Plasmamembran. Einige Moleküle, die als Teil endozytischer Vesikel entfernt werden, werden zu frühen Endosomen transportiert. Sie können dort für eine Weile gehalten werden und dann als Teil anderer Vesikel, die vom frühen Endosom abgehen, zur Plasmamembran zurückkehren. Dieser Mechanismus ist für die Zelle wichtig, da die Menge und der Anteil der Moleküle der Plasmamembran ohne teure Synthese- und Abbauprozesse modifiziert werden können.
Membranen von Endosomen, Lysosomen und Vakuolen sind meist eine Folge der Endozytose in der Plasmamembran, aber sie erhalten auch Moleküle über Vesikel, die aus dem Golgi-Apparat kommen. Schließlich muss darauf hingewiesen werden, dass sich die chemische Zusammensetzung von Membranen, hauptsächlich das Lipidrepertorium, durch lokale chemische Modifikationen ändern kann. Beispielsweise kann der Kopf mehrerer Lipidspezies durch lokale Enzyme chemisch modifiziert werden, wodurch ein neues Molekül mit unterschiedlichen Eigenschaften entsteht. Darüber hinaus werden einige Lipide in situ durch Enzyme wie Lipasen abgebaut.