Мембранный транспорт веществ – это переход вещества из внеклеточной среды во внутриклеточную либо наоборот. Любой вид транспорта определяется свойствами переносимого вещества – его способностью растворяться в воде, его размерами, химическими свойствами, а также градиентом (разницей) концентрации между наружной и внутренней поверхностью плазматической мембраны. Общие принципы, лежащие в основе транспорта веществ через плазматические мембраны, сводятся к следующим положениям.

1. Гидрофобные вещества хорошо проходимы через плазматические мембраны. Их транспорт определяется наличием и направленностью градиента концентрации – вещество движется согласно законам термодинамики из области его высокой концентрации в область, где концентрация этого вещества ниже.

2. Гидрофильные вещества не могут свободно проходить через плазматические мембраны, даже если они имеют небольшие размеры. Для их транспорта необходимы либо специальные частицы – транспортеры, либо специальные механизмы, в основе которых лежит изменение формы клетки.

3. Если перенос вещества происходит с участием транспортной частицы (переносчика), то в этом случае возможны два варианта. Первый вариант – перенос по градиенту концентрации. Такой вид транспорта не требует для своей реализации затраты энергии (она затрачивается ранее, при создании такого градиента). Поэтому его условно называют пассивным транспортом. Второй вариант – перенос вещества против градиента его концентрации. В этом случае необходима затрата свободной энергии. Такой вид транспорта получил название активный транспорт.

4. Процесс транспорта веществ через плазматическую мембрану может регулироваться, поэтому проницаемость для конкретного вещества – величина, изменяемая во времени. Особенно этот принцип важен в отношении ионов натрия, калия, кальция и хлора – в возбудимых клетках имеются специальные механизмы регуляции проницаемости мембраны для указанных ионов, позволяющих менять ее в широких диапазонах, в том числе до полного прекращения транспорта иона. При этом существуют два основных механизма такой регуляции – за счет изменения уровня мембранного потенциала (потенциалзависимый механизм) или за счет активации специфических клеточных рецепторов (рецепторуправляемый механизм).

Различают прямой и опосредованный транспорт. Прямой транспорт осуществляется без участия переносчиков и без затраты энергии. Он идет путем диффузии, или фильтрации. Примером такого вида транспорта является перенос кислорода как жирорастворимого вещества. Опосредованный транспорт во всех случаях совершается с участием переносчика. При этом в одних случаях этот вид транспорта идет без затраты энергии (облегченная диффузия), а в других – с затратой энергии (активный транспорт). При этом активный транспорт может протекать по механизму первично-активного и вторично-активного транспорта. При первично-активном транспорте энергия затрачивается на перенос данного вещества (например, транспорт ионов натрия с помощью натриевого насоса), а при вторично-активном транспорте энергия тратится на перенос другого вещества, в результате чего возникает возможность переносить и другое вещество (например, перенос глюкозы против градиента концентрации за счет энергии, потраченной на перенос ионов натрия против градиента его концентрации). При этом отдельно выделяют транспорт, сопряженный с переносом двух веществ (котранспорт), который может протекать по типу симпорта (два вещества идут в одном направлении, например, ионы Na⁺ с молекулой глюкозы) или по типу антипорта (одно вещество идет в клетку, второе – из клетки, например, так работает Na/K-насос).

Кроме того, как вариант активного транспорта различают транспорт с изменением архитектуры мембраны – экзоцитоз и эндоцитоз. В этом случае большая молекула (или группа молекул) выбрасывается за пределы клетки (экзоцитоз) либо происходит поглощение этого вещества из среды внутрь клетки (эндоцитоз).