6.13: 离子通道

钠、钾和钙等离子进出细胞的运动对于维持活细胞中的电化学梯度至关重要。离子通道（一类膜转运蛋白）有助于维持这种离子梯度，以实现生理活动的顺利运作，例如维持细胞大小和体积、传导神经冲动以及气体和营养物质交换。

离子通道是质膜上专门的整合膜蛋白，允许特定离子沿其电化学梯度传递。它们的主要功能是维持对细胞活力至关重要的膜电位。两种类型的通道穿过质膜，即门控通道和非门控通道，可以在几毫秒内传输一千多个离子。

对于大多数电池，尤其是可激发电池，由于负离子的数量多于正离子，因此电池内部的负电荷比电池外部多。对于可兴奋细胞，如放电神经元、收缩肌肉细胞或感觉触觉细胞，膜电位必须能够快速变化，从负膜电位转变为更积极的膜电位。为了实现这一点，细胞依赖于两种类型的门控离子通道:配体门控离子通道和电压门控离子通道。

离子通道可能在偏头痛中发挥作用。硬脑膜是大脑的保护层。它由几个颅神经支配。据推测，偏头痛起源于这些神经。硬脑膜中的配体和电压门控离子通道都可能通过改变膜电位来增强疼痛信号。

离子通道存在于植物中。例如，在植物叶子中，周围保卫细胞对气孔的打开需要钾离子 （K⁺） 梯度。氢离子 （H⁺） 从保卫室中主动运输产生膜电位，驱动 K⁺ 向内移动。保卫细胞通过钾通道对 K⁺ 的吸收会触发水进入细胞。这种渗透性流入导致保卫细胞扩张，打开气孔。当钾离开保卫细胞时，水会通过渗透作用随之而来。现在松弛的保卫细胞关闭了造口。

细菌需要离子梯度才能实现由不同离子通道维持的多种细胞功能。原核生物中的孔蛋白允许营养物质、盐和废物被动地穿过膜并沿着浓度梯度向下扩散，而无需消耗 ATP。此外，门控机械敏感通道在渗透压休克过程中起着重要作用。当细菌从高渗透压区域移动到低渗透压区域时，这些通道作为紧急释放阀，打开以将溶质释放到细胞质中，以维持外部和内部环境之间的不平衡。