Las moléculas de las membranas celulares se sintetizan principalmente en dos orgánulos: retículo endoplásmico y aparato de Golgi. En las páginas que tratan de estos orgánulos, describiremos los procesos de síntesis con más detalle. Así, se estudiará la síntesis de lípidos en las páginas dedicadas al retículo endoplásmico liso y al aparato de Golgi, la síntesis de proteínas en las páginas del retículo endoplásmico rugoso y los carbohidratos en las páginas sobre el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. En las páginas siguientes, también aprenderemos los caminos que siguen las moléculas de membrana para llegar a los diferentes compartimentos unidos a la membrana, así como a la membrana plasmática. Por lo tanto, aquí, solo se proporciona un resumen de la síntesis de moléculas de membrana.
Las membranas renuevan continuamente sus moléculas. Se eliminan y sintetizan con firmeza. Mediante el uso de aminoácidos radiomarcados, se ha demostrado que las proteínas de alto peso molecular de la membrana plasmática se renuevan cada 2-5 días, mientras que las proteínas de bajo peso molecular se renuevan cada 7-13 días. Los lípidos también se reemplazan cada 7-13 días. Las proteínas, la mayoría de los lípidos y algunos carbohidratos de las membranas celulares se sintetizan en el retículo endoplásmico. Muchas especies de lípidos y la mayoría de los carbohidratos de las membranas se sintetizan en el aparato de Golgi.
La mayoría de las moléculas de membrana son transportadas a su ubicación final por tráfico vesicular. Viajan como componentes de las membranas de las vesículas que después de la fusión con la membrana objetivo formarán parte del repertorio molecular del compartimiento objetivo. Sin embargo, algunas moléculas se mueven entre membranas por portadores (proteínas), o se intercambian entre membranas que están muy cerca unas de otras en los llamados sitios de contacto de membrana.
El retículo endoplásmico sintetiza proteínas para sí mismo y para el resto de las membranas celulares, además de las membranas de cloroplastos y mitocondrias. Estos orgánulos pueden importar proteínas sintetizadas por ribosomas citosólicos libres, o pueden sintetizar proteínas por sí mismos, ya que contienen ADN, ribosomas y todas las moléculas necesarias para la síntesis de proteínas. El colesterol y los glicerofosfolípidos también se sintetizan en el retículo endoplásmico, que se distribuyen a todas las membranas celulares, incluidas las mitocondrias y los cloroplastos.
Como caso especial, vale la pena mencionar los peroxisomas. Se ha informado de que los peroxisomas se originan a partir de vesículas procedentes del retículo endoplásmico y las mitocondrias. Sin embargo, parte de las moléculas de sus membranas son sintetizadas por ribosomas libres. Las fuentes de moléculas de membrana de peroxisoma son, por lo tanto, diversas.
La mayoría de las moléculas de la membrana plasmática llegan a través del flujo continuo de entrada de vesículas, es decir, por exocitosis. Los compartimentos que envían vesículas a la membrana plasmática son los endosomas y el complejo de Golgi. La eliminación de moléculas de membrana plasmática está mediada en gran medida por vesículas endocíticas. Las vesículas se forman en la membrana plasmática y eventualmente terminarán en los lisosomas, donde las moléculas de la membrana se degradarán. El equilibrio entre exocitosis y endocitosis determina la composición molecular de la membrana plasmática. Algunas moléculas que se eliminan como parte de las vesículas endocíticas se transportan a los endosomas tempranos. Se pueden mantener allí por un tiempo y luego regresar a la membrana plasmática como parte de otras vesículas que salen del endosoma temprano. Este mecanismo es importante para la célula porque la cantidad y la proporción de moléculas de la membrana plasmática se pueden modificar sin costosos procesos de síntesis y degradación.
Las membranas de los endosomas, lisosomas y vacuolas son en su mayoría consecuencia de la endocitosis en la membrana plasmática, pero también reciben moléculas a través de vesículas procedentes del aparato de Golgi.
Finalmente, se debe señalar que la composición química de las membranas, principalmente el repertorio lipídico, puede cambiar por modificaciones químicas locales. Por ejemplo, la cabeza de varias especies de lípidos puede ser modificada químicamente por enzimas locales, dando como resultado una nueva molécula con diferentes propiedades. Además, algunos lípidos son degradados in situ por enzimas, como las lipasas.