Lipitler 1
Lipitler; Yapı ve Fonksiyonları Biyolojik lipitler kimyasal olarak farklı özelliklere sahip bileşiklerden oluşmuş bir gruptur. Lipitlerin ortak ve tanımlayıcı özellikleri suda çözünmemeleridir. Lipitlerin biyolojik fonksiyonları tıpkı kimyasal yapıları gibi büyük bir çeşitlilik göstermektedir. Yağlar pek çok organizmada enerjinin depolandığı moleküllerdir. Fosfolipitler ve steroller biyolojik membranların ana yapısal elementleridir. Diğer lipitler, göreceli olarak daha düşük konsantrasyonlarda bulunurlar, ancak enzim kofaktörleri, elektron taşıyıcıları, ışık absorblayıcılar, membran proteinlerinin katlanmasına yardımcı olan şaperonlar, sindirim sisteminde emülsifiye edici ajanlar ve hücre içi mesajcılar olarak önemli görevler üstlenirler. 2
3
Depo Lipitleri Yağlar yağ asidi türevleridir ve neredeyse tüm canlılarda enerji deposu olarak kullanılırlar. Yak asitleri neredeyse fosil yakıtlarındaki hidrokarbonlar kadar düşük oksidasyon durumunda olan hidrokarbon türevleridir. Yağ asitlerinin hücresel oksidasyonu (CO 2 ve suya) tıpkı fosil yakıtlarının içten yanmalı motorlarda hızlı ve kontrollü bir şekilde yakılması gibi yüksek derecede enerji açığa çıkarır. Yağ asitleri 4-36 karbonlu (doymuş veya doymamış) hidrokarbon zincirine sahip karboksilik asitlerdir (C 4 -C 36 ). 4
5
6
Yağ asitlerinin basitleştirilmiş isimlendirilmesi karbon sayısı: çift bağın sayısı şeklinde yapılabilir. Örnek olarak palmitik asit (16 karbonlu doymuş yağ asidi) 16:0, oleik asit (18 karbonlu tek doymamışlık içeren) 18:1 olarak gösterilir. Eğer varsa çifte bağın yeri Δ (delta) ile gösterilir.. O halde C1 karboksil karbonu olmak üzere C9 ve C10 arasında bir, C12- C13 arasında bir olmak üzere iki çifte bağ içeren 20 karbonlu yağ asidi 20:2(Δ 9,12 ) olarak isimlendirebilir. Doğada en yaygın olarak bulunan yağ asitleri dallanmamış 12-24 karbondan oluşmuş, çift karbon sayısına sahip yağ asitleridir. 7
Çifte bağların yeri genel olarak belirlidir; tek doymamışlık için C9-10, çift doymamışlık için C9-10, C12-13 ve üç doymamışlık için C9-10, C12-13 ve C15-16 Araşidonik asit bu genellemenin istisnasıdır. Çoklu doymamışlık içeren yağ asitlerinde çifte bağlar genellikle konjuge olarak yerleşmezler ; bunun yerine bir metilen grubu ile ayrılmış durumdadırlar: 8
Neredeyse tüm doğal olarak bulunan yağ asitlerinde çifte bağlar cis konfigürasyonundadır. Trans yağ asitleri geviş getiren hayvanların rumenlerinde fermantasyon sırasında meydana gelir ve et ve et ürünlerinde bulunabilirler. Ayrıca balık ve bitkisel yağların hidrojenasyonu sırasında da oluşabilirler. Yüksek trans yağ içeren diyetler kandaki yüksel LDL ve düşük HDL kolesterol seviyeleri ile ilişkilendirildiklerinden, yüksek miktarda trans yağ asitlerinin tüketilmemesi önerilmektedir. Omurgalılarda, serbest yağ asitleri kanda serum albumin proteinine nonkovalent bir şekilde bağlanmış olarak dolaşır. 9
10
Yağ asitlerinin ve oluşturdukları bileşiklerin erime noktası gibi fiziksel özellikleri, hidrokarbon zincirinin uzunluğuna ve doymamışlığının derecesine bağlıdır. Yağ asitlerinin sudaki çözünürlüğü içerdikleri uzun, polar olmayan hidrokarbon zincirleri nedeniyle düşüktür. Yağ asidi zincirinin karbon sayısı arttıkça ve çifte bağlarının sayısı azaldıkça sudaki çözünürlüğü azalır. Kısa zincirli yağ asitleri içerdikleri karboksil grupları nedeniyle suda az da olsa çözünürler. 11
12
Yağ asitlerinin erime noktalarındaki farklılıklar yağ asidi moleküllerinin farklı yerleşimlerine de bağlıdır. 13
Yağ asitlerinden türeyen en küçük lipitler trigliseritler, yağlar ve nötral yağlar olarak da adlandırılan triaçilgliserollerdir. Triaçilgliseroller üç yağ asidinin tek bir gliserol molekülüne ester bağı ile bağlanması ile oluşur. 14
Her üç pozisyonunda da aynı yağ asidini içeren triaçilgliseroller basit yağlar olarak adlandırılırlar. Bununla birlikte doğal olarak bulunan çoğu triaçilgliseroller karışık yapıdadırlar; iki ya da daha farklı yapıda yağ asitlerinden oluşurlar. Bu bileşikler adlandırılırken yağ asitlerinin adı ve pozisyonu belirtilmelidir. Gliserolün polar hidroksil grupları yağ asitlerinin polar karboksil grupları ile ester bağı yaptıkları için triaçilgliseroller polar değildirler ve suda çözünmezler. 15
16
Çoğu ökaryotik hücrelerde, triaçilgliseroller sitozolün içinde mikroskobik damlalar halinde bulunurlar ve metabolik yakıt depoları olarak kullanılırlar. Omurgalılar, yağların depolanması için adipozit veya yağ hücreleri adı verilen özelleşmiş hücrelere sahiptirler ve bu hücrelerin neredeyse tamamı yağ damlacıkları ile doludur. Triaçilgliseroller pek çok bitkinin tohumunda depolanırlar. Adipozitler ve çimlenen tohumlar lipaz adı verilen enzim sayesinde depolanmış olan triaçilgliserollerden yağ asitlerinin serbest kalmalarını sağlarlar. 17
Enerji deposu olarak yağların kullanılmasının iki sebebi vardır. Yağ asitlerinin karbon atomları şekerlerin karbon atomlarından daha düşük oksidasyon seviyesine sahiptirler ve bu sebeple yağlardan karbohidratlara göre daha çok enerji elde edilir. Triaçilgliseroller hidrofobik oldukları için depolanmaları için suya ihtiyaç yoktur. Bir gram karbohidratın depolanması içinse neredeyse 2 g su gerekir. Glukoz gibi karbohidratlar suda yüksek oranda çözünebildikleri için hızlı enerji ihtiyacı durumunda önem kazanırlar. 18
Bazı hayvanlarda, triaçilgliserollerin deri altında depolanması sadece enerji deposu olarak değil aynı zamanda düşük sıcaklıklarda canlıyı korumak için yalıtım malzemesi olarak görev yapar. Kış uykusuna yatan hayvanlarda, çok büyük miktarlardaki yağ depoları hem enerji depolanması hem de yalıtım malzemesi olarak görev yapar. İspermeçet balinalarında depolanmış olan mumlar ve triaçilgliseroller hem soğuk sularda yaşamasını sağlarken hem de suda batmamasına yardımcı olur. 19
Çoğu doğal yağlar, basit ve karışık triaçilgliserollerin bir karışımından oluşmuştur. Bu bileşikleri oluşturan yağ asitleri zincir uzunlukları ve doymuşluk dereceleri açısından birbirlerinden farklılaşırlar. Yağ açısından zengin gıdalar oksijenli ortamda uzun süre bırakıldıklarında bozulurlar. Hoş olmayan tat ve koku çifte bağların oksidatif yıkımı sonucu oluşan kısa zincirli ve dolayısıyla uçucu aldehitlerden ve yağ asitlerinden kaynaklanır. 20
Mumlar Biyolojik mumlar uzun zincirli doymuş veya doymamış yağ asitlerinin (C14-36) uzun zincirli alkollerle (C16-30) oluşturdukları esterlerdir. Erime noktaları 60-100 o C dir ve genellikle triaçilgliserollerden daha yüksektir. Planktonlarda mumlar metabolik yakıtın depo şeklidir. Mumlar su itici özellikleri ve sağlam yapıları nedeniyle farklı görevler de üstlenirler. Omurgalılarda bazı deri bezleri saç ve derinin korunması, ve su geçirmez özellik kazanması için mum salgılarlar. Biyolojik mumların farmasötik, kozmetik ve diğer endüstrilerde uygulama alanları bulunmaktadır. 21
Zarlardaki Yapısal Lipitler Biyolojik zarların yapısı çift katlı lipit yapısındadır. Bu yapı ploar moleküller ve iyonlar için bir bariyer olarak davranır. Membran lipitleri amfipatik yapıdadırlar: molekülün bir ucu hidrofobik diğer ucu ise hidrofiliktir. Birbirleri ile olan hidrofobik ve su ile olan hidrofilik etkileşimlerinden dolayı membranlar çift tabaka şeklinde katlanmıştır. 22
Membran lipitlerini 5 sınıfta incelemek mümkündür: gliserofosfolipitler, hidrofobik kısım gliserole bağlanmış iki yağ asidinden oluşur; hidrofilik kısım ise fosfattır Galaktolipitler ve sulfolipitler, gliserofosfolipitlere benzerler ancak fosfat yerine başka gruplar içerirler. Arkaebakteriyel tetraeter lipitler, iki çok uzun alkil zinciri her iki uçtan da gliserol ile eter bağı yapmıştır. sfingolipitler, tek bir yağ asidi sfingozine bağlıdır; steroller, dörtlü hidrokarbon halkasına sahip sistemlerdir. 23
24
Gliserofosfolipitler Gliserofosfolipitler, fosfogliseroller olarak da adlandırılırlar ve bir gliserol molekülüne iki yağ asidi molekülünün ester bağı ile bağlandığı yapılardır. Gliserolün üçüncü karbonuna ise yüksek derecede polar bir molekül bir fosfodiester bağı ile bağlanmıştır. Gliserol kiral olmamasına rağmen, bir ucuna fosfatın eklenmesi ile kiral bir bileşiğe dönüşür. 25
26
Tüm bu bileşiklerde, polar grup gliserole bir fosfodiester bağı ile bağlıdır ve fosfat grubu nötral ph da negatif yüklüdür Polar alkol grupları ise farklı yüklere sahip olabilirler. Bu yükler membranların yüzey özelliklerine büyük ölçüde katkıda bulunurlar. Genel olarak, fosfogliseroller C1 de C16-C18 doymuş yağ asitlerini C2 de ise C18-C20 doymamış yağ asitlerini içerirler. 27
28
Galaktolipitler ve Sulfolipitler İkinci grup membran lipitleri özellikle bitkilerde yaygın olarak bulunurlar. 29
Galaktolipitler thykaloid membranda yerleşmişlerdir ve damarlı bitkilerin toplam membran lipitlerinin %70 ila %80 ini oluştururlar. Muhtemelen biyosferde en fazla bulunan membran lipitleridir. Topraktaki fosfat miktarı bitki için çok belirleyici bir büyüme faktörü olduğundan belki de evrim sürecinde bitkiler fosfatı daha önemli işlerde kullanmak üzere fosfatsız membranlara sahip olmuşlardır. Bitki membranları ayrıca sülfolanmış glukoz kalıntılarının glikozidik bağ ile diaçilgliserole bağlandığı sülfolipitleri de içerirler. Sülfolipitlerde, sülfonat grubu negatif bir yük taşır. 30
Arkeabakteriyel Tetraeter Lipitler Yüksek sıcaklık, düşük ph, yüksek iyonik güç gibi yer yüzünde normal hayatın var olmasının çok zor olduğu bölgelerde yaşamlarını sürdüren arkebakteriler uzun zincirli (32C) dallanmış hidrokarbonların her iki uçlarından da gliserole bağlandıkları membran lipitlerine sahiptirler. Bu bağlar ester bağı yerine düşük ph ve yüksek sıcaklıkta hidrolize çok daha dirençli olan eter bağları ile yapılmıştır. 31
Sfingolipitler Sfingolipitler yapısal olarak tıpkı fosfogliseritler ve galaktolipitler gibi bir polar ve iki apolar grup içerirler. Ancak gliserol içermezler. Sfingolipitler bir uzun zincirli amino alkol (sfingozin veya türevi) bir uzun zincirli yağ asidi ve bir polar grup (fosfodiester veya glikozidik bağlı) içerirler. 32
Sfingozin molekülünün C-1, C-2 ve C-3 karbonu yapısal olarak gliserolün üç karbonu ile analogdur. Bir yağ asidi amid bağı ile C-2 ye bağlanırsa yapı seramit adını alır ve yapısal olarak diaçilgliserolden farklıdır. Seramit tüm sfingolipitlerin yapısal öncül bileşiğidir. 33
Sfingolipitlerin üç alt sınıfı vardır; sfingomyelinler, nötral glikolipitler ve gangliozitler. Sfingomyelinler fosfokolin veya fosfoetanolamin içerirler ve hayvan hücrelerinin zarlarında, özellikle myelin adı verilen bazı nöronların zarlarının yapısında bulunurlar. 34
Glikosfingolipitler, hücre zarlarının dış yüzeyinde bulunurlar ve seramit kalıntısının C-1 OH grubuna bağlı bir veya daha fazla şeker yapısı içerirler. Galaktoz içeren serebrositler yaygın olarak nöral dokunun hücre zarlarında bulunurken glukoz içerenler diğer hücrelerin zar yapısında bulunurlar. Globozitler glukoz, galaktoz veya N-asetil galaktoz amin içeren yapılardır. Her iki yapıda yüksüzdür. 35
36
Gangliozitler, en kompleks yapıya sahip sfingolipitlerdir. Yapılarındaki siyalik asit nedeniyle negatif yüklülerdir ve bu açıdan globozitlerden ayrılırlar. 37
İnsanda hücre zarında en az 60 farklı sfingolipit tanımlanmıştır. Bunlardan pek çoğu özellikle nöron zarında yaygındır, bir kısmı hücre yüzeyinin tanımlama bölgeleri olarak hizmet ederler ancak sadece çok az sayıda sfingolipitin spesifik fonksiyonu tanımlanabilmiştir. Bazı sfingolipitlerdeki karbohidrat kalıntıları insan kan gruplarını belirler. Gangliozitler hücre yüzeyinin dışında yoğunlaşmışlardır ve yanlarındaki hücrelerin ekstraselüler moleküllerini tanımlamada görevlidirler. 38
39
Pek çok hücre sürekli olarak membran lipitlerini yıkar ve yeniden sentezler. Gliserofosfolipilerin hidrolizlenebilen her bir bağı için özel bir hidrolitik enzim vardır. 40
Steroller Steroller çoğu ökaryotik hücrenin membranlarında bulunan yapısal lipitlerdir. Sterollerin karakteristik özelliği 3 altılı ve bir beşli halkadan oluşan siklopentanoperhidrofenantren halka sistemine sahip olmalarıdır. 41
42
Sterol çekirdek yapısı neredeyse düzlemseldir ve göreli olarak rijit bir yapıya sahiptir; halkaların birbiri içine geçmesi sonucu olarak C-C bağları arasında dönüş yoktur. Kolesterol hayvan dokularındaki en yüksek miktarda bulunan steroldür. Diğer ökaryotlarda benzer yapılı farklı steroller bulunur, bitkilerde stigmasterol ve mantarlarda ergosterol gibi. Bakteriler sterol sentezleyemezler ancak az sayıda bakteri türleri dışarıdan aldıkları sterolleri kendi membran yapılarına katabilir. 43
Membran yapı bileşenleri olarak görevlerinin yanı sıra, steroller farklı spesifik biyolojik aktiviteye sahip bileşiklerin öncülleri olarak da görev alırlar. Örnek olarak, steroid hormonları gen ekspresyonunu düzenleyen önemli biyolojik sinyallerdir. Safra asitleri kolestrolün polar türevleridir ve sindirim sisteminde diyet ile alınan yağları daha kolay sindirilmeleri için emülsifiye eden deterjanlar olarak görev alırlar. 44
Sinyal molekülleri, kofaktörler ve pigmentler Birkaç önemli istisna dışında depo lipitleri ve yapısal lipitler hücre içinde pasif bir rol üstlenirler. Bununla birlikte çok daha küçük miktarlarda bulunan bir lipit grubu metabolitler ve sinyal iletiminden sorumlu moleküller olarak metabolizmada önemli roller üstlenirler. Bazıları hormonlar olarak hormonal düzenlenmede görev alırlar. Diğerleri ise enzim kofaktörleri olarak görev yaparlar. Konjuge çifte bağlara sahip bir lipit grubu ise fotosentetik organizmalarda ışık absorblamaya yarayan pigment moleküllerini oluştururlar. 45
Fosfatidilinositol ve fosforillenmiş türevleri hücre yapı ve metabolizmasının kontrolünde farklı seviyelerde görev alırlar. Membran sfingolipitleri hücre içi mesajcı kaynakları olarak da görev alırlar. Hem seramit hem de sfingomyelin protein kinazların etkin regülatörleridir. Seramit ve türevleri ayrıca hücre bölünmesi, farklılaşması, göçü ve programlı hücre ölümü olaylarının düzenlenmesi olayına katılırlar. 46
Eikozanoidler ve parakrin hormonları sentezlendikleri hücrenin yakınında bir noktaya etki eden bileşikleridir. Bu yağ asidi türevleri omurgalı dokularında bazı önemli etkilerin açığa çıkmasına neden olurlar. Üreme fonksiyonlarının gerçekleşmesi, hastalık ve sakatlanma durumlarında ortaya çıkan enflamasyon, yüksek ateş ve ağrı durumları, kan pıhtılaşması, mide asidinin salgılanması ve benzeri insan sağlığı ile ilgili durumlarla ilişkili oldukları bilinmektedir. Tüm eikozanoidler araşidonik asitten türerler (20:4(Δ 5,8,11,14 )). 47
48
Steroitler sterollerin yükseltgenmiş türevleridir; sterol çekirdeğine sahiptirler ancak D halkasında yer alan alkil zincirine sahip değillerdir ve kolestrolden daha polar yapıya sahiptirler. Steroid hormonları kan dolaşımında protein taşıyıcılarına bağlı olarak taşınarak hedef dokulara erişirler. Hedef dokuda yüksek derecede spesifik reseptörlere bağlanarak gen ekspresyonu ve metabolizmada değişikliklere yol açarlar. Steroid hormonlarının ana kısmını kadın ve erkek cinsiyet hormonları ve adrenal kortekste üretilen kortizol, aldosteron ve benzeri hormonlar oluşturur. 49
Yağda çözünebilen vitaminler lipit yapısındadırlar. İzopren zinciri üzerinden sentezlenen izopreonid yapısındadırlar ve vitamin A, D, E, ve K olarak adlandırılırlar. Bu vitaminlerden A ve D hormon öncülleri olarak davranır. 50
D3 vitamini ayrıca kolekalsiferol olarak da adlandırılır ve deride fotokimyasal bir reaksiyon ile 7-dehidrokolestrol üzerinden sentezlenir. D3 vitamini biyolojik olarak aktif değildir ancak enzimatik olarak karaciğer ve böbrekte kalsiyum metabolizmasında düzenleyici rolü olan 1,25-dihidroksikolekalsiferol hormonuna dönüştürülür. 51
A vitamini (retinol) ve pek çok farklı formu hormon olarak davranır ve omurgalıların gözlerindeki görsel pigmenti oluşturur. Hücre çekirdeğindeki reseptörleri üzerinde etki ederek A vitamini türevi retinoik asit epital dokunun gelişiminde gen ekspresyonunu düzenler. A vitamini türevi retinal beyine iletilmek üzere retinada oluşturulan nöronal sinyalden sorumlu olan pigmenttir. 52
53
E vitamini yapısal olarak birbirlerine benzeyen ve tokoferoller olarak isimlendirilen bir lipit grubunun ortak ismidir. Hidrofobik yapıda olduklarından tokoferoller hücre membranı, lipit depoları ve kandaki lipoproteinler ile ilişkilidirler. od. Tokofeoller biyolojik antioksidanlar olarak davranırlar. Aromatik halka oksijen radikallerinin ve diğer radikallerin en reaktif formları ile reaksiyona girerek bunları yok eder. Bunun sonucu olarak doymamış yağ asitlerini oksitlenmeye karşı korumuş olur. 54
K vitaminin aromatik halkası aktif protrombin oluşması sırasında bir indirgenme yükseltgenme döngüsüne girer ve böylece kan pıhtılaşması metabolizmasına katılır. Protrombin fibrinojeni aktif formu olan fibrine (pıhtı) dönüştüren bir proteolitik enzimdir. K vitamini eksikliğinde kan pıhtılaşması yavaşlar ve bunun sonucu olarak kanın pıhtılaşamaması ölümcül olabilir. 55
Lipitler ve Fonksiyonları Biyolojik membranlar hücrelerin dış sınırını belirlerler ve hücre içindeki organelleri birbirlerinden ayırırlar. Tipik bir membran çift katlı lipit moleküllerinden ve bu yapıya gömülü proteinlerden oluşur ve difüzyonun gerçekleştiği pasif bariyerler değillerdir, pek çok farklı görevler üstlenirler. Membran yapısında bulunan bazı proteinler iyonların ve küçük moleküllerin hücre içine ve dışına taşınmaları için seçici pompalar olarak hizmet ederler. Membranlar aynı zamanda proton gradyanlarının oluşumundan ve korunmasından dolayısı ile ATP üretilmesinden sorumludurlar. Membranlarda yer alan reseptörler dışarıdan gelen sinyalleri tanıyarak bunları hücrenin iç kısmına iletir. 56
Lipit Çift Tabaka Amfipatik gliserofosfolipitler ve glikosfingolipitler sulu çözeltilerde kendiliğinden tek tabakalı yapılar oluşturabilirler. Hücrelerde bu lipitler misel yapısında değil, lipit çift tabak yapısında yer alırlar ve tüm biyolojik membranların bileşenleridirler. 57
Bir lipit çift tabaka tipik olarak 5-6 nm kalınlığındadır ve her bir tabakada polar kısımlar sulu çözelti ile temas halindedir, apolar kısımlar ise çift tabakanın içinde yer alır. Lipit çift tabakanın kendiliğinden oluşumu hidrofobik etkileşimler ile gerçekleşir. Lipit molekülleri bir araya geldiklerinde çözücü moleküllerinin entropisi artar ve bu sebeple lipit çift tabakanın oluşması termodinamik olarak tercih edilen bir olaydır. 58
Biyolojik Membranlar için Akıcı Mozaik Modeli Tipik bir biyolojik membran kütlece %25-50 lipit ve %50-75 protein içerir, karbohidrat içeriği genellikle %10 un altındadır. Membran yapısında fosfolipitler, glikosfingolipitler (hayvanlar) ve kolesterolün (bazı ökaryotlar) bir karışımı yer alır. Farklı dokularda farklı dağılmış olmalarının yanı sıra fosfolipitler ayrıca mebran içi ve dışında da farklı dağılımdadırlar. Akıcı mozaik modeline göre membran hem proteinlerin hem de lipitlerin rastgele ve hızlı bir şekilde difüze oldukları veya dönüş yaptıkları dinamik bir yapıdır. 59
60
Çift tabaka içindeki lipitler sürekli olarak hareket halindedirler ve bu nedenle membran akışkan bir yapıya sahiptirler. Lipitler farklı moleküler hareket tiplerine göre hareket ederler. Bu nedenle bir lipit çift tabaka iki boyutlu bir çözelti olarak kabul edilebilir. 61
Lipit çift tabakanın akıcı özellikleri yapısındaki yağ asidi açil zincirlerinin esnekliğine bağlıdır. Fosfolipitin yapısı membranın akışkanlığını önemli ölçüde etkiler. Fosfolipit yapısına doymamış bir yağ asidi zincirinini eklenmesi faz geçiş sıcaklığını düşürür. Membran akıcılığında meydana gelen değişimler membrandan geçişi ve membran proteinlerinin katalitik aktivitelerini etkiler. Kolesterol tipik bir memli hücresinin membranının lipit kütlesinin %20 ila 25 ini oluşturur ve membran akışkanlığını önemli bir ölçüde etkiler. Kolesterol yağ asidi zincirlerinin paketlenmesini engeller ve bu nedenle düşük sıcaklıklarda akışkanlığı arttırır. 62
Membran proteinleri Membranlar çeşitli proteinleri içerirler ve bu proteinler lipit çift tabaka ile etkileşimlerine göre üç sınıfta incelenirler; integral membran proteinleri, periferal membran proteinleri ve lipit-çapalı membran proteinleri. 63
İntegral Membran Proteinleri 64
Membranda Taşıma İşlemi Hücre zarları hücreyi çevresinden fiziksel olarak ayırır ancak hücre yaşamını sürdürebilmek için ihtiyaç duyduğu maddeleri dışarıdan almalı ve ürettiği atık maddeleri uzaklaştırmalıdır. Membranlar bu amaçla pek çok molekülün serbest geçişini engelleyen seçici geçirgen bariyerler olarak davranırlar. Hidrofobik moleküller ve küçük nötral moleküller membranlardan kolaylıkla difüzlenebilirler ancak polar ve yüklü bileşikler membrandan düfüzlenemezler. Hücreler polar ve iyonik bileşikleri membrandan taşımak için taşıma proteinlerini kullanırlar. Ayrıca endositoz ve ekzositoz yolları ile de bu moleküllerin taşımasını gerçekleştirebilirler. 65
O 2 ve CO 2 gibi polar olmayan gazlar ve steroid hormonları, lipit vitaminleri ve bazı ilaçlar gibi hidrofobik moleküller konsantrasyonlarının çok olduğu yerden az olduğu yere doğru hücre içine ve dışına difüzlenebilirler. Hareket hızı konsantrasyon farklılığına bağlıdır. Konsantrasyon gradyanına göre bir bileşiğin difüzlenmesi entropinin artmasına ve dolayısıyla serbest enerjinin düşmesine yol açtığı için kendiliğinden gerçekleşen bir prosestir. 66
Polar moleküllerin ve iyonların membrandan geçişleri üç tip integral protein ile gerçekleştirilir; kanallar ve porlar, pasif taşıyıcılar ve aktif taşıyıcılar. Bu taşıma sistemleri kinetik özellikleri ve enerji gereksinimleri açısından farklılık gösterirler. 67
Porlar (genellikle bakteri için kullanılır) ve kanallar (genellikle hayvanlar için kullanılır) transmembran proteinlerdir ve bu proteinlerin merkezinde iyonların ve küçük polar moleküllerin geçişini sağlayacak boşluklar yer alır. Uygun büyüklüğü, yüke ve yapıya sahip maddeler konsantrasyon gradyanlarına göre bu kanalların içinde hareket edebilirler. 68
Pasif ve aktif taşıma proteinleri geçişini sağlayacakları maddeye spesifik olarak bağlanırlar ve onların membrandan geçişlerini sağlarlar. Pasif taşımada taşınacak madde konsantrasyon gradyanına göre taşını ve bu nedenle taşıma kendiliğinden gerçekleşir. Aktif taşımada ise taşınacak madde konsantrasyon gradyanının veya yük farkının tersine taşınır ve mutlaka enerji üreten bir reaksiyon ile eşleşmiş olarak gerçekleşir. 69
En basit membran taşıma sistemi uniport taşıma sistemidir, tek bir molekül membrandan taşınır. Bununla birlikte pek çok taşıyıcı iki molekülü aynı anda taşır. Bu taşıma sisteminde geçiş aynı yönde oluyorsa simport, farklı yönde oluyorsa antiport olarak adlandırılır. 70
Aktif taşımada kullanılan en yaygın enerji birimi ATP dir. Doğrudan ATP veya ışık enerjisi kullanan taşıma sistemleri primer aktif taşıma olarak adlandırılırken, iyon konsantrasyonu gradyanından yararlanılarak gerçekleşen taşıma sistemleri sekonder aktif taşıma olarak adlandırılırlar. 71
Hücreler porlar, kanallar veya taşıma proteinleri ile taşınmak için çok büyük olan molekülleri hücre içine endositoz ile alırlar ve hücre dışına ekzositoz ile atarlar. Her iki durumda da taşıma işleminin gerçekleşmesi özelleşmiş bir lipit vezikülünün oluşumunu gerektirir. 72