Tredimensionell struktur av en rekombinant membrankanal för hjärtats gap junction-membran bestämd genom elektronkristallografi. Dessa kanaler möjliggör ett direkt utbyte av joner och små molekyler mellan intilliggande celler. Varje kanal bildas genom förening av sex connexin-underenheter, som var och en innehåller fyra α-helixer, i ett plasmamembran, med en liknande struktur i plasmamembranet hos en angränsande cell.
Plasmamembranet är en selektivt genomsläpplig barriär mellan cellen och denextracellulära miljön. Dess permeabilitetsegenskaper säkerställer att viktiga molekyler som glukos, aminosyror och lipider lätt kommer in i cellen, att metaboliska intermediärer stannar kvar i cellen och att avfallsföreningar lämnar cellen. Plasmamembranets selektiva permeabilitet gör det möjligt för cellen att upprätthålla en konstant inre miljö. I flera tidigare kapitel har vi undersökt cellmembranens komponenter och strukturella organisation (se figurerna 3-32 och 5-30). Fosfolipiddubbelskiktet – den grundläggande strukturella enheten i biomembranen – är i princip ogenomträngligt för de flesta vattenlösliga molekyler, t.ex. glukos och aminosyror, och för joner. Transport av sådana molekyler och joner genom alla cellmembran förmedlas av transportproteiner som är knutna till det underliggande tvåskiktet.Eftersom olika celltyper kräver olika blandningar av lågmolekylära föreningar innehåller plasmamembranet i varje celltyp en specifik uppsättning transportproteiner som tillåter endast vissa joner eller molekyler att passera. På samma sätt har organellerna i cellen ofta en annan inre miljö än den omgivande cytosolen, och organellmembranen innehåller specifika transportproteiner som upprätthåller denna skillnad.
I djur bekläder skikt av epitelceller alla kroppshåligheter (t.ex. mage, tarmar, urinblåsa) och huden (se figur 6-4). Epitelceller transporterar ofta joner eller småmolekyler från den ena sidan till den andra. De som kantar tunntarmen transporterar till exempel matsmältningsprodukter (t.ex. glukos och aminosyror) till blodet, och de som kantar magsäcken utsöndrar saltsyra till magsäckslumman. För att epitelcellerna ska kunna utföra dessa transportfunktioner måste deras plasmamembran vara organiserat i minst två separata regioner, var och en med olika uppsättningar transportproteiner. Dessutom förbinder specialiserade områden av plasmamembranet epitelcellerna sinsemellan, vilket ger styrka och styvhet åt plattan och förhindrar att material på den ena sidan rör sig mellan cellerna till den andra.
I de två första avsnitten av detta kapitel diskuterar vi den proteinoberoende förflyttningen av små hydrofoba molekyler över fosfolipiddubbelskikt och presenterar en översikt över de olika typerna av transportproteiner som finns i cellmembranen. Därefter beskrivs var och en av huvudtyperna av transportproteiner. Vi förklarar också hur specifika kombinationer av transportproteiner i olika subcellulära membran gör det möjligt för celler att utföra viktiga fysiologiska processer, inklusive upprätthållandet av cytosoliskt pH, transporten av glukos genom det absorberande tarmepitelet, ackumuleringen av sackaros och salter i vakuoler i växtceller och det riktade flödet av vatten i både växter och djur. Ofta är samma typ av transportprotein involverad i helt olika fysiologiska processer.