神经系统中所有电信号的产生都依赖于离子跨膜的受控运动。离子通道是允许这种运动的蛋白质孔道。有些离子通道响应电压变化而开放，有些则响应神经递质的结合或机械拉伸而开放。
选择性过滤器允许某些离子（例如钠、钾、钙、氯）通过，而阻止其他离子通过。通道开放和关闭的时机决定了动作电位的波形、突触电流的持续时间以及静息电位本身。通道基因的遗传突变会导致多种神经系统疾病，包括癫痫、偏头痛和周期性麻痹。
药理学利用离子通道已有数十年历史：局部麻醉剂阻断钠通道，许多抗癫痫药物调节钠或钾通道，还有许多其他药物靶向配体门控通道。如今，高分辨率结构揭示了这些蛋白质如何感知电压或配体，以及药物如何与其结合。
单个神经元表达数十种不同的离子通道类型，这些通道共同塑造了该神经元的电特性。
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