A növénysejtek citoplazmáját az extracelluláris tértől elválasztó valódi határfelület a plazmamembrán, amit növénysejtekben plazmalemmának nevezünk. Alapfunkciója, hogy a citoplazmikus kompartmentet elhatárolja az extracelluláris tértől úgy, hogy megteremtse a két kompartment közötti kommunikáció lehetőségét is. Ez a funkciója megegyezik az állati sejtek plazmamembránjának alapfunkciójával, és mind strukturálisan, mind funkcionálisan igen sok hasonlatosság figyelhető meg közöttük. Van azonban néhány figyelemreméltó különbség is.

A plazmalemma összetételére jellemző, hogy, hasonlóan az állati sejtek plazmamembránjához, kb. 50-50%-ban tartalmaz lipideket és fehérjéket. A lipidek között zömmel foszfolipideket és különböző szterineket (pl.szitoszterint) találunk. Kiemelendő, hogy a plazmalemma nagy vízáteresztő képességgel rendelkezik. A víz könnyed áthaladásának mechanizmusa a plazmalemmán még nem teljesen tisztázott. Az utóbbi években speciális, a víz transzportjában szerepet játszó, fehérjetermészetű csatornákat, ún. aquaporinokat fedeztek fel, amelyek a tonoplasztban konstitutívan jelen vannak és a plazmalemmában is indukálhatóak. Működésüket a növénysejt foszforilációs mechanizmussal szabályozza.

A plazmalemma egyik legfontosabb megkülönböztető ismérve a két oldala között mérhető különösen magas membránpotenciál. Ez az érték a fényben tartott zöld növényi részekben akár a -200, -250 mV-ot (millivolt) is elérheti, szemben az állati sejtekben általában regisztrálható értékkel, ami még az ingerelhető sejtekben (ideg- és izomsejtek) sem haladja meg a -100 mV-ot. A növénysejtek ilyen magas membránpotenciálja több okra vezethető vissza:

A növénysejtek plazmalemmájában H⁺-ATPáz-t találunk, ezzel szemben az állati sejtek plazmamembránjában Na⁺/K⁺-ATPáz van. Sejtbiológiai szempontból ez az egyik leglényegesebb különbség a növényi és az állati sejtek között, ami a növényi és állati sejtek extracelluláris közegének összetételére vezethető vissza. Az állati sejtek extracelluláris környezetében ugyanis magas a Na⁺ koncentrációja és ebből adódóan mindig van valamennyi Na⁺, ami spontán bejut a citoplazmába. Ezen kívül az állati sejtek számos Na⁺-hoz kapcsolt transzportmechanizmust működtetnek (pl. Na⁺/H⁺ antiport, 2Na⁺/Ca²⁺ antiport, Na⁺/glukóz szimport, stb.), melyek ugyancsak növelik a citoplazmikus Na+-koncentrációt. A magas Na+-koncentráció azonban a citoplazmikus folyamatok szempontjából kifejezetten káros, ezért az állati sejtek energiát fordítanak arra, hogy a különféle módon bekerült Na⁺-ot eltávolítsák. A növénysejtek extracelluláris terében ezzel szemben igen alacsony a Na⁺ koncentrációja, ebből adódóan nincs spontán "beszivárgás". Másrészt, a növénysejtekben nincsenek Na⁺-hoz kapcsolt transzport-mechanizmusok (a növénysejtekben H⁺-hoz kapcsolt mechanizmusok dominálnak), ennek eredményeként a növénysejteknek nem kell olyan mechanizmust működtetni, ami a citoplazmában felszaporodó Na⁺-ot eltávolítja. Megjegyzendő, hogy a növénysejtek is szigorúan ügyelnek arra, hogy a citoplazma Na⁺-koncentrációja alacsony maradjon. Ha valamilyen oknál fogva megnő a citoplazmikus Na⁺-koncentráció (pl. a külső közeg Na⁺-koncentrációjának megnövekedése miatt) a növénysejtek a vakuolumba továbbítják a Na⁺-ot.

A plazmalemmában található transzport-mechanizmusok között megkülönböztetünk H⁺-ATPázt, carrier mechanizmusokat és ioncsatornákat. Ezek közül sejtélettani szempontból az egyik legfontosabb a H⁺-ATPáz. Ez egy speciális, aktív transzportot végző mechanizmus, amely több létfontosságú funkciót valósít meg. Ezek közül döntő a plazmalemma két oldalán egy H⁺ koncentráció-grádiens generálása és fenntartása, amely hozzájárul a növénysejtek magas membránpotenciáljának kialakításához. Ugyancsak fontos a H⁺ koncentráció-grádiens a másodlagos aktív transzport megvalósításához, a megnyúlásos növekedéshez és a citoplazmikus pH szintentartásához is.

A plazmalemmában található H⁺-ATPáz az ún. F-típusú ATPázok közé tartozik, hasonlóan a Ca²⁺-ATPázhoz és az állati sejtek Na⁺-K⁺-ATPázához. Ezek általában egyetlen 70-100 kD molekulatömegű fehérje-alegységből állnak, kivétel a Na⁺-K⁺-ATPáz, amely egy ismeretlen funkciójú β-alegységet is tartalmaz. A növénysejtek plazmalemmájában általában nincs Na⁺/H⁺ antiport, azonban egyes relatív sótűrő glikofitákban (pl. árpa) megtalálható. Mindez ismételten aláhúzza, hogy a növénysejtek általában Na⁺-mentes közegben élnek, így bennük a Na⁺-hoz kapcsolt mechanizmusok általában alárendelt szerepet játszanak.

Másodlagos aktív transzportnak (vagy facilitált, elősegített diffúziónak) nevezzük azokat a transzport-mechanizmusokat, amelyek koncentráció-grádienssel szemben, tehát energetikailag nem kedvezményezett irányban mennek végbe, közvetlenül mégsem igényelnek ATP hasításából származó energiát. Tulajdonképpen egy kétlépcsős folyamat második lépcsőjét valósítják meg. Az első lépcsőben a plazmalemmális H⁺-ATPáz működése létrehozza a H⁺ koncentráció-különbséget a plazmalemma két oldalán. Ez a koncentráció-grádiens energia-jellegű mennyiség, és mint ilyen, munkavégző képességgel rendelkezik. A második lépcsőben a plazmalemmában elhelyezkedő carrier (egy fehérjemolekula, amely egyirányú transzportot, azaz szimportot valósít meg) a H⁺ koncentráció-különbség „terhére” cukrokat és aminosavakat juttat be a sejtbe. Ugyancsak facilitált diffúzióval jutnak be a növénysejtbe az anionok is. Megjegyezzük, hogy az állati sejtekben is teljesen hasonló carrierek működnek, az állati sejtek extracelluláris terében azonban a Na⁺ ionok dominanciája miatt ezek a carrierek Na⁺-hoz kapcsolt transzportot valósítanak meg.

A plazmalemmában elhelyezkedő transzportmechanizmusok között ioncsatornákat is találunk. Ezek is a membránban elhelyezkedő speciális fehérjék, amelyek egy adott ion (pl. K⁺, Ca²⁺) koncentráció-grádiens szerinti átjutását teszik lehetővé. Legjobb tudásunk szerint a plazmalemmában kationokat átengedő (kation-szelektív) ioncsatornák találhatók.

A plazmalemmában található transzport-mechanizmusok között speciális helyet foglal el az ún. transz-plazmalemma elektron-transzport, amely általában H⁺ ionok transzportjával is kapcsolatos. A transzportot végző mechanizmus itt is egy fehérje, amely katalizálja elektronok átjutását a plazmalemmán egy citoplazmikus elektron-donorról egy, az extracelluláris térben található elektron-akceptor felé. Maga a transzport alacsonyabb redoxpotenciálú (nagyobb negatív vagy kisebb pozitív szám) donor és magasabb redoxpotenciálú (kisebb negatív vagy nagyobb pozitív szám) akceptor között megy végbe, ami az elektronok számára energetikailag kedvezményezett, így energia befektetése nélküli folyamatról van szó (lásd a redoxpotenciálok származtatását a bioenergetikai fejezetben!). Sokáig kérdéses volt mind az intracelluláris elektron-donor, mind az extracelluláris elektron-akceptor mibenléte. A vizsgálatok során kiderült, hogy a citoplazmában levő elektron-donor minden valószínűség szerint a NADH (és NADPH), de az extracelluláris akceptor pontos azonosítása még egyértelműen nem történt meg, feltételezések szerint a levegő oxigénje az. A mechanizmus ezek szerint a citoplazmikus NADH (és NADPH) oxidálását végzi a légköri oxigén felhasználásával. Lényeges, hogy az elektronok transzmembrán átjutása protonok átjutásához kapcsolt, tehát a plazmalemmában a H⁺-ATPáz mellett egy alternatív mechanizmust képvisel, amelynek nagy szerepe lehet a transz-plazmalemma H⁺-grádiens fenntartásában, és feltehetőleg a citoplazmikus pH szabályozásában. Emellett a transz-plazmalemma redox rendszer fontos szerepet játszhat a gyökérsejtek környezetében található Fe³⁺ ionok redukciójában (Fe³⁺ Fe²⁺) és a Fe²⁺ felvételében.

A tonoplaszt a vakuolumot a citoplazmától elhatároló membrán. Legjellemzőbb sajátossága, hogy számos ionra vonatkoztatva koncentráció-különbséget tart fenn a két kompartment között. Ezek közül legjelentősebb a H⁺ és a Na⁺, amiket a vakuolumban nagyobb koncentrációban találunk, mint a citoplazmában. Ennek eredményeként a citoplazmához viszonyítva a sejtnedvben dominálnak a pozitív töltések, aminek ékes bizonyítéka, hogy a citoplazma és a vakuolum között pozitív membránpotenciál áll fenn, tehát a sejtnedv potenciálja mintegy 20-30 mV-tal pozitívabb, mint a citoplazmáé.

A tonoplasztban is található H⁺-ATPáz, mely a protonokat a citoplazmából a sejtnedv felé pumpálja. A sejtnedv emiatt általában savasabb kémhatású (pH-ja kb. 5,5), mint a citoplazma, aminek pH-ja 7 és 7,5 között van. A tonoplasztban található ATPáz a vezikuláris (V) ATPázok közé tartozik, amelyek endomembrán eredetűek és felépítésükben a növényi és állati sejtekben egyaránt sok konzervatív jegyet megőriztek az evolúció során. A V-ATPázok több alegységből álló, széles körben elterjedt összetett fehérjék, közéjük tartozik pl. a gombasejtek vakuolumának ATPáza és az állati sejtek lizoszómáinak ATPáza is.

A tonoplaszt másik figyelemreméltó transzportere a Na⁺/H⁺ antiport, amely az állati sejtek plazmamembránjának egyik legjelentősebb transzport-mechanizmusa. Az állati sejtekben vitális szerepet játszik a sejttérfogat-szabályozásban, a citoplazmikus pH regulációjában, valamint a sejtosztódást indukáló szignál-transzdukció folyamatában.

A tonoplasztban is van másodlagos aktív transzport, de itt nem szimportként, hanem antiportként működik. A sejtnedv és a citoplazma közötti H⁺-koncentráció-grádiens energiájának terhére cukrok, aminosavak és más, viszonylag nagy molekulájú, ezért nehezen transzportálható molekulák jutnak be a citoplazmából a sejtnedvbe.

A tonoplasztban található ioncsatornák, a plazmalemmával ellentétben, általában anion-szelektív (pl. Cl^-, SO₄^2-) ioncsatornák. A vakuolum határolóhártyája, a tonoplaszt, sok vonatkozásban az állati sejtek plazmamembránjához áll közelebb, mint a növénysejtek plazmalemmájához. Ilyen jellemvonása, hogy ionokkal szembeni permeabilitása nagyobb, mint a plazmalemmáé és abban a tartományban van, mint az állati sejtek plazmamembránja. Ugyancsak az állati sejtek plazmamembránjára emlékeztet, hogy a tonoplasztban van Na⁺/H⁺ antiport, amely hiányzik a növénysejtek plazmalemmájából. Ez a transzportmechanizmus az állati sejtekben olyan alapvető sejtélettani szabályozófunkciókat tölt be, mint a pH- és a sejttérfogat-szabályozás. Nagyon valószínű, hogy a növénysejtekben a citoplazma és a sejtnedv határán működő Na⁺/H⁺ antiport a citoplazma pH- és ozmotikus regulációját valósítja meg.

A növényi organizáció egyik jellemző sajátossága, hogy az egymással szomszédos sejtek között apró pórusok találhatók, amelyeken keresztül a két sejt plazmalemmája is és a citoszolban oldott anyagok is akadálytalan és folytonos kapcsolatban van egymással. A plazmodezmák tipikus átmérője 60 nm (600 Å), tehát celluláris viszonyok között meglehetősen tekintélyes. Egyes esetekben az endoplazmatikus retikulum lamellája is átnyomul egyik sejtből a másikba, ezt a struktúrát dezmotubulusnak nevezzük.

A plazmodezmák mérete kicsi ahhoz, hogy rajtuk keresztül sejtorganellumok közlekedjenek a szomszédos sejtek között, de elég nagy ahhoz, hogy a citoszolban oldott kismolekulájú anyagok átjuthassanak egyik sejtből a másikba. Kimutatták, hogy az átjutó anyagok mérethatára kb. 800-1000 D (dalton) molekulasúly körül van. A plazmodezmák nyitását-zárását aktin filamentumok végzik.

A plazmodezmáknak fontos szerepük van a növénysejtek közötti elektromos jelek továbbításában. A Mimosa levelében fellépő tigmonasztia során érintés hatására egy depolarizációs hullám fut végig a levélnyélen, amely az egymással érintkező setek plazmodezmáin keresztül valósul meg. Újabban megfigyelték, hogy a növényi vírusok a plazmalemmákon kerülnek át egyik megfertőzött sejtből a másikba.

A plazmodezmák révén a növényi test tulajdonképpen az egymással érintkező sejtek közös citoplazmájának, vagy citoplazma-kontinuumnak tekinthető, hiszen egy összefüggő rendszerről van szó. Ezt az összefüggő kontinuumot szimplasztnak nevezzük.

14. Az enhancer szekvencia közelébe kerülő gén up-regulációja reciprok kromoszóma-transzlokációt követően