Driedimensionale structuur van een recombinant cardiaal gap junction membraankanaal bepaald door elektronenkristallografie. Deze kanalen maken de directe uitwisseling van ionen en kleine moleculen tussen aangrenzende cellen mogelijk. Elk kanaal wordt gevormd door de associatie van zes connexine-subeenheden, die elk vier α-schroefhelften bevatten, in één plasmamembraan, met een vergelijkbare structuur in het plasmamembraan van een aangrenzende cel.
Het plasmamembraan is een selectief doorlaatbare barrière tussen de cel en de extracellulaire omgeving. Zijn permeabiliteitseigenschappen zorgen ervoor dat essentiële moleculen zoals glucose, aminozuren en lipiden gemakkelijk de cel binnenkomen, metabolische tussenproducten in de cel blijven en afvalverbindingen de cel verlaten. Kortom, deze selectieve permeabiliteit van het plasmamembraan stelt de cel in staat een constant intern milieu te handhaven. In verschillende eerdere hoofdstukken hebben we de componenten en de structurele organisatie van celmembranen onderzocht (zie Figuren 3-32 en 5-30). De fosfolipide bilaag – de structurele basiseenheid van biomembranen – is in wezen ondoordringbaar voor de meeste in water oplosbare moleculen, zoals glucose en aminozuren, en voor ionen. Omdat verschillende celtypen verschillende mengsels van laagmoleculaire verbindingen nodig hebben, bevat het plasmamembraan van elk celtype een specifieke set transporteiwitten die alleen bepaalde ionen of moleculen doorlaten. Evenzo hebben organellen binnen de cel vaak een ander intern milieu dan dat van het omringende cytosol, en organelmembranen bevatten specifieke transporteiwitten die dit verschil in stand houden.
Bij dieren zijn alle lichaamsholten (b.v. maag, darmen, urineblaas) en de huid bekleed met epitheelcellen (zie figuur 6-4). Epitheelcellen transporteren vaak ionen of kleine moleculen van de ene naar de andere kant. De cellen die de dunne darm bekleden, transporteren bijvoorbeeld producten van de spijsvertering (bv. glucose en aminozuren) naar het bloed, en de cellen die de maag bekleden, scheiden zoutzuur af in het maaglumen. Om ervoor te zorgen dat epitheelcellen deze transportfuncties kunnen uitvoeren, moet hun plasmamembraan georganiseerd zijn in ten minste twee afzonderlijke regio’s, elk met verschillende sets transporteiwitten. Bovendien verbinden gespecialiseerde gebieden van het plasmamembraan de epitheelcellen onderling, waardoor de membraan stevigheid en stijfheid krijgt en verhinderd wordt dat materiaal aan de ene kant tussen de cellen naar de andere kant beweegt.
In de eerste twee secties van dit hoofdstuk bespreken we de eiwitonafhankelijke verplaatsing van kleine hydrofobe moleculen over fosfolipide bilagen en geven we een overzicht van de verschillende soorten transporteiwitten die in celmembranen aanwezig zijn. We beschrijven elk van de belangrijkste soorten transporteiwitten. We leggen ook uit hoe specifieke combinaties van transporteiwitten in verschillende subcellulaire membranen cellen in staat stellen om essentiële fysiologische processen uit te voeren, waaronder het in stand houden van de cytosolische pH, het transport van glucose over het absorberende darmepitheel, de accumulatie van sucrose en zouten in vacuolen van plantencellen, en de gerichte stroming van water in zowel planten als dieren. Vaak is hetzelfde type transporteiwit betrokken bij heel verschillende fysiologische processen.