Figura. Algunos gases de importancia metabólica

Los gases de importancia metabólica suelen ser moléculas muy pequeñas y, en muchos casos, apolares, es decir, sin carga eléctrica neta. Esta combinación facilita su paso a través de la bicapa lipídica de las membranas biológicas, porque no requieren necesariamente canales o transportadores especializados. Gases como el oxígeno molecular O₂, el dióxido de carbono CO₂, el hidrógeno molecular H₂, el metano CH₄ o el sulfuro de hidrógeno H₂S pueden atravesar membranas por difusión pasiva, siguiendo gradientes de concentración o presión parcial. Por eso son tan importantes en procesos como la ventilación, la perfusión, la fotosíntesis, la respiración celular y muchos metabolismos microbianos.

Sin embargo, existen excepciones importantes. El agua H₂O y el amoniaco NH₃ son moléculas pequeñas, pero presentan polaridad y pueden participar en equilibrios químicos que generan partículas con carga. En el caso del agua, aunque una pequeña cantidad puede cruzar directamente la membrana, muchas células emplean proteínas especiales llamadas acuaporinas, que permiten un flujo rápido y regulado de agua. Esto es fundamental para la ósmosis, el equilibrio del volumen celular, la función renal, la hidratación de tejidos y el mantenimiento de superficies húmedas de intercambio gaseoso. Sin este control, las células podrían hincharse, deshidratarse o perder su homeostasis.

En el caso del amoniaco, la situación es más compleja porque puede alternar entre NH₃, forma neutra y más difusible, y amonio NH₄⁺, forma cargada que cruza con mayor dificultad la membrana. Este equilibrio depende del pH del medio. En animales, el amoniaco suele ser un desecho nitrogenado tóxico, por lo que debe eliminarse o transformarse rápidamente, por ejemplo en urea. Algunas células cuentan con proteínas transportadoras, como canales tipo Rh, que facilitan el movimiento de NH₃ o NH₄⁺. Así, incluso moléculas pequeñas pueden requerir mecanismos especializados cuando su carga, polaridad o toxicidad afectan la fisiología celular.