Jedes elektrische Signal im Nervensystem beruht auf der kontrollierten Bewegung von Ionen durch Membranen. Ionenkanäle sind die Proteinporen, die diese Bewegung ermöglichen. Einige öffnen sich als Reaktion auf Spannungsänderungen, andere durch die Bindung von Neurotransmittern oder durch mechanische Dehnung.

Selektivitätsfilter lassen bestimmte Ionen – Natrium, Kalium, Kalzium und Chlorid – passieren, während sie andere zurückhalten. Der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Kanäle bestimmt die Form der Aktionspotenziale, die Dauer der synaptischen Ströme und das Ruhepotenzial selbst. Genetische Mutationen in den Kanalgenen verursachen ein breites Spektrum neurologischer Erkrankungen, von Epilepsie über Migräne bis hin zu periodischen Lähmungen.

Die Pharmakologie nutzt Ionenkanäle seit Jahrzehnten: Lokalanästhetika blockieren Natriumkanäle, viele Antiepileptika modulieren Natrium- oder Kaliumkanäle, und zahlreiche andere Wirkstoffe zielen auf ligandengesteuerte Kanäle ab. Hochauflösende Strukturen zeigen nun, wie diese Proteine ​​Spannung oder Liganden wahrnehmen und wie Medikamente an sie binden.

Ein einzelnes Neuron exprimiert Dutzende verschiedener Kanaltypen, die zusammen seine elektrische Persönlichkeit formen.