Хоча товщина плазматичних мембран становить зазвичай лише близько 7 нм, вони служать бар'єром для іонів і молекул, особливо для полярних (водорозчинних) молекул, таких як глюкоза або амінокислоти, оскільки неполярні (гідрофобні) ліпіди мембран ці речовини відштовхують.
Бар'єр не дає водному вмісту клітини вислизнути з неї. Проте з ряду причин транспорт через мембрани все ж повинен йти, оскільки необхідно забезпечувати:
1) доставку поживних речовин;
2) видалення кінцевих продуктів обміну («відходів»);
3) секрецію різних корисних речовин;
4) створення іонних градієнтів, дуже важливих для нервової та м'язової діяльності;
5) підтримання в клітці відповідного рН та належної іонної концентрації, які потрібні для ефективної роботи клітинних ферментів.
Ми обговоримо тут транспорт речовин через плазматичну мембрану, Зазначивши, що аналогічний характер носить і транспорт через мембрани клітинних органел. Існує чотири основних механізми для надходження речовин у клітину або виходу їх з клітки назовні: дифузія, осмос, активний транспорт і екзо-або евдоцітоз.
Два перших процесу носять пасивний характер, Тобто не потребують витрат енергії, два останніх - активні процеси, пов'язані зі споживанням енергії.
Дифузія і полегшена дифузія
Дифузією називають переміщення речовин з області з високою їх концентрацією в область з низькою концентрацією по дифузійному градієнту. Це пасивний процес, не вимагає витрат енергії і протікає спонтанно. Якщо, наприклад, залишити в закритій кімнаті відкритим флакон духів, то духи будуть поступово поширюватися по всій кімнаті до тих пір, поки не розподіляться в ній рівномірно. Обумовлюється це безладним рухом молекул за рахунок їх кінетичної енергії (енергії руху). Кожен тип молекул переміщається по своєму власному дифузійному градієнту незалежно від інших молекул. Кисень, наприклад, дифундує з легких в кров, а діоксид вуглецю - в зворотному напрямку.
На швидкість дифузії впливають в першу чергу три фактори.
1. Крутизна дифузійного градієнта, Тобто різниця в концентрації між пунктом А та пунктом В; чим крутіше градієнт, тим вище швидкість дифузії. Клітці вигідно підтримувати крутий дифузійний градієнт, якщо потрібна швидка доставка тих чи інших речовин. У легенях, наприклад, цього можна досягти за рахунок прискорення потоку крові, що проходить через них, або за рахунок посиленого дихання.
2. Чим більше площа поверхні мембрани, через яку дифундує речовина, тим швидше йде дифузія. Для клітин, форма яких близька до сферичної, площа поверхні по відношенню до обсягу тим менше, чим більше клітина. Це накладає обмеження на розміри клітин. Дуже велика аеробна клітина не могла б, наприклад, досить швидко отримувати кисень, якби він вступав до неї тільки за рахунок дифузії. Деякі тварини клітини для збільшення площі поверхні, через яку йде поглинання, забезпечені мікроворсинки.
3. Швидкість дифузії швидко знижується зі збільшенням відстані (вона обернено пропорційна квадрату відстані). Дифузія, отже, ефективна лише на дуже коротких відрізках шляху. Це теж накладає обмеження на розміри клітин. Дифузія служить кліткам для внутрішнього транспорту молекул, тому діаметр більшості клітин не перевищує 50 мкм і будь-яка частина клітини відстоїть від її поверхні не більш, ніж на 25 мкм. Будь-яка амінокислота може, наприклад, подолати шлях у кілька мікрометрів за лічені секунди, але щоб пройти кілька сантиметрів, їй знадобиться не один день. З цієї точки зору важливо, що мембрани такі тонкі - молекули або іони можуть проходити через них швидко.