神經系統中所有電訊號的產生都依賴離子跨膜的受控運動。離子通道是允許這種運動的蛋白質孔道。有些離子通道會響應電壓變化而開放，有些則響應神經傳導物質的結合或機械拉伸而開放。
選擇性過濾器允許某些離子（例如鈉、鉀、鈣、氯）通過，而阻止其他離子通過。通道開放和關閉的時機決定了動作電位的波形、突觸電流的持續時間以及靜止電位本身。通道基因的遺傳突變會導致多種神經系統疾病，包括癲癇、偏頭痛和週期性麻痺。
藥理學利用離子通道已有數十年歷史：局部麻醉劑阻斷鈉通道，許多抗癲癇藥物調節鈉或鉀通道，還有許多其他藥物靶向配體門控通道。如今，高解析度結構揭示了這些蛋白質如何感知電壓或配體，以及藥物如何與其結合。
單一神經元表達數十種不同的離子通道類型，這些通道共同塑造了該神經元的電特性。
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