Estructura tridimensional de un canal de membrana de unión cardiaca recombinante determinado por cristalografía electrónica. Estos canales permiten el intercambio directo de iones y pequeñas moléculas entre células adyacentes. Cada canal está formado por la asociación de seis subunidades de anexina, cada una de las cuales contiene cuatro hélices α, en una membrana plasmática, con una estructura similar en la membrana plasmática de una célula adyacente.
La membrana plasmática es una barrera selectivamente permeable entre la célula y el entorno extracelular. Sus propiedades de permeabilidad garantizan que las moléculas esenciales, como la glucosa, los aminoácidos y los lípidos, entren fácilmente en la célula, los intermediarios metabólicos permanezcan en ella y los compuestos de desecho salgan de la misma. En resumen, esta permeabilidad selectiva de la membrana plasmática permite a la célula mantener un entorno interno constante. En varios capítulos anteriores, examinamos los componentes y la organización estructural de las membranas celulares (véanse las figuras 3-32 y 5-30). La bicapa de fosfolípidos -la unidad estructural básica de las bimembranas- es esencialmente impermeable a la mayoría de las moléculas solubles en agua, como la glucosa y los aminoácidos, y a los iones. El transporte de estas moléculas e iones a través de todas las membranas celulares está mediado por proteínas de transporte asociadas a la bicapa subyacente. Dado que los distintos tipos de células requieren diferentes mezclas de compuestos de bajo peso molecular, la membrana plasmática de cada tipo de célula contiene un conjunto específico de proteínas de transporte que sólo permiten el paso de determinados iones o moléculas. Del mismo modo, los orgánulos dentro de la célula suelen tener un entorno interno diferente al del citosol circundante, y las membranas de los orgánulos contienen proteínas de transporte específicas que mantienen esta diferencia.
En los animales, las láminas de células epiteliales recubren todas las cavidades corporales (por ejemplo, el estómago, los intestinos, la vejiga urinaria) y la piel (véase la Figura 6-4). Las células epiteliales suelen transportar iones o pequeñas moléculas de un lado a otro. Las que recubren el intestino delgado, por ejemplo, transportan productos de la digestión (por ejemplo, glucosa y aminoácidos) a la sangre, y las que recubren el estómago segregan ácido clorhídrico al lumen estomacal. Para que las células epiteliales lleven a cabo estas funciones de transporte, su membrana plasmática debe estar organizada en al menos dos regiones discretas, cada una de ellas con diferentes conjuntos de proteínas de transporte. Además, las regiones especializadas de la membrana plasmática interconectan las células epiteliales, impartiendo fuerza y rigidez a la lámina e impidiendo que el material de un lado se mueva entre las células hacia el otro.
En las dos primeras secciones de este capítulo, discutimos el movimiento independiente de las proteínas de pequeñas moléculas hidrofóbicas a través de las bicapas de fosfolípidos y presentamos una visión general de los diversos tipos de proteínas de transporte presentes en las membranas celulares. A continuación, describimos cada uno de los principales tipos de proteínas transportadoras. También explicamos cómo combinaciones específicas de proteínas transportadoras en diferentes membranas subcelulares permiten a las células llevar a cabo procesos fisiológicos esenciales, como el mantenimiento del pH citosólico, el transporte de glucosa a través del epitelio intestinal absorbente, la acumulación de sacarosa y sales en las vacuolas de las células vegetales y el flujo dirigido de agua tanto en plantas como en animales. A menudo, el mismo tipo de proteína de transporte participa en procesos fisiológicos muy diferentes.