Tierische Zellen haben eine selektiv durchlässige Membran, die sie umgibt, die den inneren Inhalt der Zelle von der äußeren Umgebung trennt. Der Prozess, bei dem Ionen und kleine lösliche Moleküle oder gelöste Stoffe die Zellmembran passieren, wird als Membrantransport bezeichnet. Diese Moleküle sind normalerweise für die Funktion und den Erhalt der Zelle lebenswichtige Substanzen wie Glukose und Aminosäuren. Es gibt vier Hauptarten des Membrantransports: passive Diffusion oder einfach Diffusion; erleichterte Diffusion; primärer aktiver Transport; und sekundärer aktiver Transport. Viele dieser Transportmechanismen beinhalten die Verwendung von spezialisierten Proteinmolekülen, die sich in der Zellmembran befinden, die als Membrantransportproteine bezeichnet werden.
Passive Diffusion erfolgt spontan und wird durch die zufällige Aktivität von Molekülen in einer Lösung angetrieben. Moleküle bewegen sich von einem Bereich hoher Konzentration, in dem viele von ihnen dicht zusammengepackt sind, zu einem Bereich niedriger Konzentration, in dem weniger Moleküle weiter voneinander entfernt sind. Kleine Moleküle können einen Membrantransport erreichen, indem sie durch die Zellmembran diffundieren. Die Diffusionsgeschwindigkeit kann durch viele Dinge beeinflusst werden, einschließlich der Zusammensetzung der Zellmembran und der Größe und Ladung des Moleküls. Die bekannteste Art der passiven Diffusion ist die Osmose, ein Prozess, bei dem Wassermoleküle von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration bewegt werden.
Die erleichterte Diffusion beinhaltet die Verwendung von Membrantransportproteinen innerhalb der Zellmembran, die als Kanalproteine bezeichnet werden. Diese Proteine wirken wie Poren in der Zellmembran, die wasserlösliche Partikel passieren lassen, aber den Durchgang von lipophilen oder „fettliebenden“ Molekülen verhindern. Die Diffusion folgt dem gleichen Wirkmechanismus, wobei sich Moleküle von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration bewegen.
Der primäre aktive Transport verwendet Energie, um Ionen und Moleküle von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration zu bewegen. Die Energie, die für den primären aktiven Transport benötigt wird, liegt normalerweise in Form eines Nukleotids namens Adenosintriphosphat (ATP) vor. Eine der am häufigsten vorkommenden Formen des aktiven Transports ist die Natrium-Kalium-Pumpe, die den Zellen hilft, eine elektrische Ladung aufrechtzuerhalten, die als Ruhepotential bekannt ist, und auch das Zellvolumen steuert. Die Natrium-Kalium-Pumpe bewegt Natriumionen zum Äußeren der Zelle und gibt Kaliumionen in das Zytoplasma der Zelle ab.
Der sekundäre aktive Transport verwendet Membrantransportproteine, die als Antiporter und Symporter bezeichnet werden. Antiporter bewegen Ionen und Moleküle, indem sie einen Partikeltyp entgegen seinem üblichen Konzentrationsgradienten von niedriger zu hoher Konzentration transportieren, während der andere Partikeltyp auf normale Weise von hoher zu niedriger Konzentration transportiert wird. Symporter transportieren zwei verschiedene Arten von Molekülen oder Ionen gleichzeitig und in die gleiche Richtung durch die Zellmembran.