Los canales de iones se encuentran dentro de las membranas celulares de todas las células biológicas. Los canales están formados por proteínas que crean poros en la membrana plasmática. Los poros permiten que los iones que no pueden pasar directamente a través de la membrana celular entren y salgan de las células. La mayoría de los canales están formados por más de una proteína y en realidad son complejos de proteínas que se encuentran dentro de la membrana.
Un tipo de átomo, los iones se diferencian por tener un número desigual de electrones y protones. El ion tiene carga negativa o positiva dependiendo de si hay más electrones o protones, respectivamente. La bicapa de fosfolípidos que forma una membrana celular tiene su propia carga y en realidad actúa como una barrera para los iones que la atraviesan libremente. Esta es la razón por la que los canales iónicos son necesarios dentro de las membranas celulares.
Los canales de iones actúan como aislantes eléctricos y proporcionan una vía para que los iones entren o salgan de una celda. Cada canal de iones actúa como catalizador en el proceso que mueve el ión de un lado de la membrana celular al otro. El canal puede estar abierto o cerrado, y la transición entre los dos estados se produce cuando un ión se une al sitio correcto en el canal de iones.
El cambio entre el estado abierto y cerrado de un canal de iones se conoce como compuerta. Los factores externos influyen en si la puerta está abierta o cerrada. Hay diferentes grupos de canales iónicos y se pueden agrupar de acuerdo con los factores externos físicos y químicos que desempeñan un papel en la apertura y el cierre de la puerta.
Algunos canales iónicos están «controlados por ligando» y se abren y cierran cuando un ligando, o un mensajero químico, como un neurotransmisor, se une a un receptor en el canal. Los canales iónicos activados por voltaje se abren o cierran cuando hay cambios en la diferencia de potencial eléctrico (o voltaje) que rodea al canal. Este tipo se encuentra más comúnmente en las células nerviosas y musculares. Los canales iónicos activados por el segundo mensajero tienen su actividad modulada por un grupo de proteínas llamadas proteínas G. Los canales mecanosensibles son estimulados por estímulos mecánicos externos, como el tacto y los cambios en la presión osmótica.
Además de ser activados por moduladores externos, los canales iónicos también pueden ser selectivos con respecto a qué iones pasan a través del canal. La forma, el tamaño y la carga de un ion pueden afectar si un canal se abrirá o cerrará y permitirá el movimiento a través de la membrana celular. Los ejemplos comunes de canales específicos de iones incluyen canales de potasio, canales de cloruro, canales de sodio y canales de calcio.