Stoffaustausch durch Membranen

Biologische Membranen begrenzen Zellen und deren Kompartimente. Sie sind aufgrund ihrer Lipiddoppelschicht zwar durchlässig für kleine hydrophobe Moleküle (z. B. O2 und CO2) und kleine ungeladene Moleküle (H2O, Harnstoff, Ethanol) aber kaum permeabel für Ionen und größere hydrophile Moleküle. Die relative Undurchlässigkeit biologischer Membranen ermöglicht den Zellen, in einer chemisch andersartig zusammengesetzten Umgebung zu leben. Im Gegenzug müssen jedoch bestimmte Stoffe selektiv durch Membranen transportiert werden: Nährstoffe werden aufgenommen, Stoffwechselendprodukte werden ausgeschieden; gewisse Stoffwechselreaktionen laufen nur in einem bestimmten Zellkompartiment ab, und ihre Produkte werden selektiv in andere Kompartimente weitergeleitet. Jede zelluläre Membran enthält viele verschiedene Transportproteine; Membrantransporter sind spezifisch für ihr bestimmtes Transportsubstrat. Aktiver Membrantransport häuft unter Energieaufwand Moleküle und Ionen in einem Kompartiment an. Passiver Transport entspricht einer erleichterten (katalysierten) Diffusion, er erfolgt vom Kompartiment mit der höheren Konzentration ins Kompartiment mit der niedrigeren Konzentration.