Geladene Partikel wie Natrium- und Kaliumionen können die Zellmembranen nicht durchdringen, daher müssen sie entweder Ionenkanalproteine zur erleichterten Diffusion passieren oder mithilfe von Energie durch aktiven Transport hindurchgeschoben werden. In beiden Fällen In diesen Fällen ermöglicht eine Proteinstruktur, die sich über die gesamte Dicke der Membran erstreckt, den Durchgang geladener Teilchen, die normalerweise von der Membran abgestoßen würden.
Ob der Durchgang von Ionen durch eine Zellmembran einen Energieeintrag erfordert, hängt von der relativen Konzentration dieser Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle ab. In einigen Fällen, wie bei Natrium und Kalium, müssen Zellen die Konzentrationen jedes Ionentyps zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle unausgewogen halten. Da dies mit passiver Diffusion nicht erreicht werden kann, muss die Zelle aktiven Transport nutzen.
Die Transportproteine können beim aktiven Transport Energie nutzen, um geladene Teilchen aus einem Bereich geringerer Konzentration in einen Bereich höherer Konzentration zu zwingen. Diese Energie ist im Allgemeinen chemische Energie von ATP, obwohl auch andere Arten von Energie, einschließlich Elektronengradienten und Lichtenergie, verwendet werden. Aktiver Transport nutzt manchmal sogar die Energie von Partikeln, die sich von hoher zu niedriger Konzentration bewegen, um andere Partikel anzutreiben, die sich von niedriger zu hoher Konzentration bewegen.
