离子通道

离子通道（英语：Ion channel）是一种成孔蛋白，它通过允许某种特定类型的离子依靠电化学梯度穿过该通道，来帮助细胞建立和控制质膜间的微弱电压压差（参见细胞电势）。这些离子通道存在于所有细胞的细胞膜上。针对离子通道的研究叫做通道学，这一研究涉及了许多许多科学技术，例如电流生理学的电压钳位（尤其是膜片钳位技术）、免疫组织化学以及逆转录。

基本特征

所有的细胞都是通过离子通道来控制穿越细胞膜的离子流的，这种通道是以一种内在膜蛋白。更准确的说，是由若干蛋白组装而成的。这种多个蛋白质亚基结构通常由同一或者同源蛋白紧密结合并形成一个补水孔，并且穿透双层脂膜。这种成孔亚基单元被称为α单元，而其它辅助亚基单元则被标注为β、γ等。通常来说，这些通道最窄处的宽度大约为1到2个原子的直径大小。一个通道通常仅负责一种离子，如钠离子、钾离子等。传输离子通过细胞膜的过程通常相当快，如同跟随一个自由流体流过一般。某些离子通道拥有一个可以开关的“门”，各种门所受控制的来源是不一样的，例如包括电信号、化学信号、温度或者机械力。

生物学角色

由于电压激活的通道是神经冲动的基础，而传输激活的通道则负责触突之间的信号传导，因此通道在神经系统里面扮演着极为重要的角色。事实上大多数生物的攻击性或者防御性神经毒素（例如蜘蛛、蝎子、毒蛇、鱼、蜜蜂及海鳗等产生的毒液），都是通过调整通道的传导性以及（或者）动力学特征，来达到关闭或者麻痹系统的目的的。此外，离子通道对于涉及细胞中快速变化的大量生物学过程也是一个关键结构。例如心肌、骨骼肌以及平滑肌的肌肉收缩过程，向上皮传输营养物质和离子，T细胞的激活，以及胰脏beta细胞释放胰岛素的过程。在研究新型药物的时候，离子通道是一个非常常见的研究目标。

分类

离子通道可以通过门控方式、可通过离子类型以及门（孔）数量的方式来进行分类。

按门控分

离子通道可以通过因什么而导致门的开启和关闭来进行区分。电压门控离子通道的激活与失活是依赖于跨膜电压，而配体门控离子通道，则受控于和通道结合的配体。

配体门控

这一通道又称为离子受体，这类的通道在特定的配体分子附着在受体蛋白在细胞外结构部分之后才会打开。配体和受体的结合会改变通道蛋白结构的构象改变，并最终打开通道让离子穿过细胞膜。烟碱乙酰胆碱受体、谷氨酸门控离子型受体、ATP门控P2X受体等可穿透阳离子的通道，以及γ氨基丁酸酸门控GABAA受体等可穿透阴离子的通道都属于这一类型。
需要通过第二信使激活的离子通道也可能被归入这一类，虽然配体和第二信使之间是有着显著的区别的。

详细结构

不同的通道，其允许通过的离子是不同的（例如钠离子、钾离子、氯离子等），门控方式也不一样，甚至组成亚基单元等结构也是有区别的。大部分的通道，包括和神经冲动有关的电压门控通道，都是由四个亚基单元构成，每个亚基单元有六个螺旋形跨膜区组成。在激活的时候，这些螺旋体会移动并开启中间的孔。其中两个螺旋体被一个形成孔的环所分开，这个结构决定了选择通过的离子类型及其传导性。离子选择性及其机制的假设是在十九世纪六十年代首先由克莱·阿姆斯特朗（Clay Armstrong）提出的。其它类型的通道亚基单元，包括由一个孔环和两个跨膜螺旋体组成的通道结构。罗德里克·麦金农通过运用X射线晶体学来确定了这些通道的分子结构，并分享了2003年的诺贝尔化学奖。
由于通道的结构尺寸相当小，并且用X射线分析嵌入在细胞膜上的蛋白质的晶体结构是有一定困难的，因此直到最近科学家才有机会直接观测到它们的“外观”。特别是因为晶体分析需要使用洗涤剂去除通道周围的细胞膜，因此许多研究人员认为难以确认已获得的图像。其中一个例子是电压门控钾离子通道，这个期待已久的图像在2003年5月被披露，详细的三维结构在上可以查到。这里其中一个无法排出的模糊点，是不知道图中构型的工作状态（比如开启状态、关闭状态），而这不同的工作状态其结构构型是会发生变化的。目前研究人员对这些通道的工作模式的推断大部分都是基于电流生理学、生物化学、基因序列比较以及基因突变方法。

离子通道相关疾病

化学或者基因失调会导致离子通道原本的正常功能受到干扰，这会带来严重的后果。基因失调导致的离子通道疾病叫做离子通道病，请参见Category:离子通道病中的完整列表。

历史

1952年，英国生物物理学家阿兰·霍奇金以及安德鲁·赫胥黎第一次假设了离子通道的存在，并且作为神经冲动理论的一部分，赢得了诺贝尔生理及医药奖。1970年，离子通道首次通过电流生理学的膜片钳位电记录技术被证实，而发明这一技术的埃尔温·内尔以及伯特·萨克曼也获得了诺贝尔奖。成百上千的研究员至今仍在继续在这一领域付出艰辛努力，以期获得有关这些蛋白质工作方式的详细知识。近年来发展出来的自动膜片钳设备显著提升了离子通道筛查的能力。
2003年，诺贝尔化学奖颁发给了两位美国科学家罗德里克·麦金农和彼得·阿格雷。罗德里克·麦金农因其对离子通道功能的物理化学属性的研究，包括X射线晶体学的蛋白质结构的研究而获奖，彼得·阿格雷则因为对水通道的相似研究工作获奖。两人研究领域的先驱沼正作由于已故，未能获奖。

艺术加工的离子通道图像

罗德里克·麦金农委托朱利安·沃斯-安德烈基于KcsA钙离子通道创作了一个约1.5米高的雕像，命名为“Birth of an Idea”（一个思想的诞生）。这件作品用一个中的铁丝部分代表了通道的孔，而褐色的玻璃球则代表了通道结构中的主要腔体。