Tre-dimensionel struktur af en rekombinant hjertemembrankanal med gap junction-membran bestemt ved elektronkrystallografi. Disse kanaler giver mulighed for direkte udveksling af ioner og små molekyler mellem tilstødende celler. Hver kanal er dannet af seks connexin-underenheder, som hver indeholder fire α-helixer, i en plasmamembran med en lignende struktur i plasmamembranen i en tilstødende celle.
Plasmamembranen er en selektivt permeabel barriere mellem cellen og det ekstracellulære miljø. Dens permeabilitetsegenskaber sikrer, at essentielle molekyler som glukose, aminosyrer og lipider let kommer ind i cellen, at metaboliske mellemprodukter forbliver i cellen, og at affaldsstoffer forlader cellen. Kort sagt gør plasmamembranens selektive permeabilitet det muligt for cellen at opretholde et konstant internt miljø. I flere tidligere kapitler har vi undersøgt cellemembranernes komponenter og strukturelle opbygning (se figur 3-32 og 5-30). Fosfolipid-dobbeltlaget – den grundlæggende strukturelle enhed i biomembraner – er stort set uigennemtrængeligt for de fleste vandopløselige molekyler, såsom glukose og aminosyrer, og for ioner. Transport af sådanne molekyler og ioner gennem alle cellemembraner formidles af transportproteiner, der er knyttet til det underliggende dobbeltlag.Fordi forskellige celletyper kræver forskellige blandinger af forbindelser med lav molekylvægt, indeholder plasmamembranen i hver celletype et specifikt sæt transportproteiner, der kun tillader bestemte ioner eller molekyler at passere. På samme måde har organellerne i cellen ofte et andet indre miljø end den omgivende cytosol, og organelmembranerne indeholder specifikke transportproteiner, der opretholder denne forskel.
Hos dyr beklæder lag af epitelceller alle kroppens hulrum (f.eks. mave, tarme, urinblære) og huden (se figur 6-4). Epithelceller transporterer ofte ioner eller småmolekyler fra den ene side til den anden. De, der beklæder tyndtarmen, transporterer f.eks. fordøjelsesprodukter (f.eks. glukose og aminosyrer) ud i blodet, og de, der beklæder mavesækken, udskiller saltsyre i mavelumen. For at epitelcellerne kan udføre disse transportfunktioner, skal deres plasmamembran være organiseret i mindst to særskilte regioner, der hver har forskellige sæt transportproteiner. Desuden forbinder specialiserede områder af plasmamembranen epitelcellerne indbyrdes, hvilket giver arket styrke og stivhed og forhindrer materiale på den ene side i at bevæge sig mellem cellerne til den anden.
I de første to afsnit af dette kapitel diskuterer vi den proteinuafhængige bevægelse af små hydrofobiske molekyler på tværs af fosfolipiddobbeltlag og giver et overblik over de forskellige typer af transportproteiner, der findes i cellemembraner. Vi beskriver derefter hver af hovedtyperne af transportproteiner. Vi forklarer også, hvordan specifikke kombinationer af transportproteiner i forskellige subcellulære membraner gør det muligt for cellerne at udføre vigtige fysiologiske processer, herunder opretholdelse af den cytosoliske pH-værdi, transport af glukose gennem det absorberende tarmepitel, ophobning af saccharose og salte i plantecellens vacuoler og den målrettede strømning af vand i både planter og dyr. Ofte er den samme type transportprotein involveret i helt forskellige fysiologiske processer.