大多数分子主要通过膜转运蛋白进入或离开细胞，膜转运蛋白在多种细胞功能中发挥重要作用，包括细胞代谢、离子稳态、信号转导、与细胞外空间小分子的结合、免疫系统中的识别过程、能量转导、渗透调节以及生理和发育过程。有三种主要类型的转运蛋白，ATP动力泵，通道蛋白和转运蛋白。

ATP动力泵是ATP酶，利用ATP水解的能量使离子或小分子克服化学浓度梯度或电势移动穿过膜。通道蛋白将水或特定类型的离子沿其浓度或电势梯度向下输送。许多其他类型的通道蛋白通常是封闭的，只有在响应特定信号时才开放。因为这些类型的离子通道在神经细胞的功能中起着基础作用。转运蛋白是第三类膜转运蛋白，可将多种离子和分子穿过细胞膜。膜转运蛋白可增强或限制药物向靶器官的分布。根据其主要功能，这些膜转运蛋白分为两类：流出（输出）和流入（摄取）转运蛋白。

通道和转运蛋白等转运蛋白在维持细胞内稳态中发挥着重要作用，这些转运蛋白基因的突变已在许多遗传性疾病的发病机制中得到证实。在中枢神经系统中，离子通道与许多疾病有关，例如但不限于共济失调、瘫痪、癫痫和耳聋，表明离子通道在运动、感觉知觉、信息编码和处理的启动和协调中的作用。此外，药物转运蛋白可以作为药物靶点或作为促进药物输送到细胞和组织的机制。

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