Les cellules animales sont entourées d’une membrane sélectivement perméable qui sépare le contenu intérieur de la cellule de l’environnement extérieur. Le processus par lequel les ions et les petites molécules solubles, ou solutés, traversent la membrane cellulaire est connu sous le nom de transport membranaire. Ces molécules sont généralement des substances vitales pour le fonctionnement et le maintien de la cellule, telles que le glucose et les acides aminés. Il existe quatre principaux types de transport membranaire : la diffusion passive, ou simplement la diffusion ; diffusion facilitée; transport actif primaire; et le transport actif secondaire. Bon nombre de ces mécanismes de transport impliquent l’utilisation de molécules protéiques spécialisées situées dans la membrane cellulaire appelées protéines de transport membranaire.
La diffusion passive se produit spontanément et est entraînée par l’activité aléatoire des molécules dans une solution. Les molécules se déplacent d’une zone de forte concentration, où il y en a beaucoup densément entassés, vers une zone de faible concentration, où il y a moins de molécules plus espacées. Les petites molécules peuvent réaliser le transport membranaire en diffusant à travers la membrane cellulaire. Le taux de diffusion peut être affecté par de nombreux facteurs, notamment la composition de la membrane cellulaire et la taille et la charge de la molécule. Le type de diffusion passive le plus connu est l’osmose, un processus impliquant le mouvement des molécules d’eau d’une zone à forte concentration vers une zone à plus faible concentration.
La diffusion facilitée implique l’utilisation de protéines de transport membranaire à l’intérieur de la membrane cellulaire appelées protéines de canal. Ces protéines agissent comme des pores dans la membrane cellulaire, laissant passer les particules solubles dans l’eau, mais empêchant le passage des molécules lipophiles, ou « aimant les graisses ». La diffusion suit le même mécanisme d’action, les molécules se déplaçant des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration.
Le transport actif primaire utilise de l’énergie pour déplacer les ions et les molécules des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. L’énergie requise pour que le transport actif primaire ait lieu se présente généralement sous la forme d’un nucléotide appelé adénosine triphosphate (ATP). L’une des formes de transport actif les plus courantes est la pompe sodium-potassium, qui aide les cellules à maintenir une charge électrique connue sous le nom de potentiel de repos, et contrôle également le volume cellulaire. La pompe sodium-potassium déplace les ions sodium vers l’extérieur de la cellule et libère des ions potassium dans le cytoplasme de la cellule.
Le transport actif secondaire utilise des protéines de transport membranaire appelées antiporteurs et symporteurs. Les antiporteurs déplacent les ions et les molécules en transportant un type de particule contre son gradient de concentration habituel, de faible à forte concentration, tout en transportant l’autre type de particule de manière normale, de forte à faible concentration. Les symporteurs transportent deux types différents de molécules ou d’ions à travers la membrane cellulaire en même temps et dans la même direction.