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La membrana plasmática es la primera línea de defensa de la célula, compuesta por una bicapa de fosfolípidos que se comporta como una barrera de fluidos. Su naturaleza anfipática significa que las regiones hidrofóbicas (solubles en grasas) se encuentran hacia adentro, mientras que las cabezas hidrofílicas (solubles en agua) miran hacia el ambiente acuoso. Esta arquitectura determina qué moléculas pueden atravesar la membrana sin ayuda.
Las moléculas pequeñas, no polares o moderadamente polares, como gases, agua, vitaminas liposolubles y alcoholes, se difunden pasivamente a través de la membrana plasmática desde concentraciones altas a bajas sin asistencia celular.
La difusión es el movimiento espontáneo de partículas desde un área de alta concentración a otra de menor concentración, impulsado por energía cinética aleatoria. En el contexto de la célula, esto crea un impulso natural para que las sustancias se equilibren a través de la membrana. Cuando hay una membrana, sólo las moléculas que coinciden con sus propiedades fisicoquímicas pueden moverse directamente; de lo contrario, la célula debe emplear proteínas de transporte.
El oxígeno (O₂) y el dióxido de carbono (CO₂) son los ejemplos por excelencia de difusión simple. Su pequeño tamaño y su naturaleza no polar les permiten deslizarse a través del núcleo hidrofóbico de la bicapa. En los tejidos humanos, la concentración de oxígeno extracelular supera los niveles intracelulares, lo que hace que el oxígeno se difunda hacia el interior, mientras que ocurre lo contrario con el CO₂, lo que garantiza una respiración eficiente.
A pesar de su polaridad, el diminuto tamaño del agua le permite permear la membrana a través de poros acuosos transitorios o "evitando" la bicapa a través de interacciones de van der Waals. Este pasaje pasivo sustenta el equilibrio osmótico; las células deben regular las concentraciones de electrolitos extracelulares para prevenir la hinchazón o la crenación.
Las vitaminas A, D, E y K son lipófilas y cruzan fácilmente la membrana por difusión simple. Sus colas hidrofóbicas se integran en la bicapa, lo que permite que las moléculas atraviesen sin ayuda. Los alcoholes, como el etanol, comparten características de solubilidad similares y también se difunden libremente, lo que explica en parte su rápida distribución sistémica.
Las moléculas grandes, cargadas o altamente hidrófilas (glucosa, iones, proteínas) no pueden cruzar la bicapa por sí solas. La célula emplea transportadores especializados, canales o mecanismos de transporte activo para mover estas sustancias esenciales pero impermeables.
