Gli ioni e le molecole intracellulari vengono mantenuti entro i valori corretti di concentrazione dall’attività delle membrane che provvedono a regolare il passaggio di tutte le sostanze in transito fuori e dentro le cellule e all’interno dei diversi compartimenti delimitati da membrana. Gli ioni diffondo un continuo avanti e indietro; i metaboliti entrano nella cellula, mentre i materiali di scarto e di secrezione si muovono in direzione opposta. L’insieme dei processi attraverso cui le membrane regolano il passaggio delle varie sostanze attraverso esse prende il nome di trasporto di membrana.

Il reticolo endoplasmatico (RE), oltre che nella sintesi dei lipidi di membrana, è coinvolto anche nella sintesi delle proteine integrali di membrana. Come per i lipidi, le proteine vengono caricate per la prima volta nelle membrane a livello del RE e in seguito fluiscono lungo il complesso di Golgi in direzione della membrana plasmatica. C’è anche un flusso di proteine che va dalle membrane del RE ruvido verso la membrana nucleare.

I trasportatori di membrana sono delle proteine che attraversano a tutto spessore la membrana fosfolipidica e spostano gli ioni contro gradiente. Possono utilizzare l’energia derivata dall’idrolisi di ATP (trasporto primario), o possono utilizzare l’energia generata dal trasporto di un altro ione secondo gradiente; si parla, perciò, di trasporto attivo secondario. Il trasporto può coinvolgere un solo ione; in tal caso si parla di uniporto. Può coinvolgere due ioni (cotrasporto) che possono spostarsi nella stessa direzione (simporto) o in direzioni opposte (antiporto).

La calmodulina è una piccola proteina regolatrice attivata dal calcio presente in tutte le cellule eucariotiche.