Canalele ionice se găsesc în membranele celulare ale tuturor celulelor biologice. Canalele sunt formate din proteine care creează pori în membrana plasmatică. Porii permit ionilor care nu pot trece direct prin membrana celulară să călătorească în și din celule. Majoritatea canalelor sunt formate din mai mult de o proteină și sunt de fapt complexe de proteine găsite în membrană.
Un tip de atom, ionii se diferențiază prin faptul că au un număr inegal de electroni și protoni. Ionul are fie o sarcină negativă, fie pozitivă, în funcție de faptul că există mai mulți electroni sau, respectiv, protoni. Bistratul fosfolipidic care alcătuiește o membrană celulară are propria sa sarcină și de fapt acționează ca o barieră pentru trecerea liberă a ionilor prin aceasta. Acesta este motivul pentru care canalele ionice sunt necesare în membranele celulare.
Canalele ionice acționează ca izolatori electrici și oferă o cale de trecere a ionilor fie în interiorul, fie în exteriorul unei celule. Fiecare canal ionic acționează ca un catalizator în procesul care mișcă ionul de la o parte a membranei celulare la cealaltă. Canalul poate fi fie deschis, fie închis, tranziția dintre cele două stări având loc atunci când un ion se leagă de locul corect al canalului ionic.
Schimbarea dintre starea deschisă și cea închisă a unui canal ionic se numește gating. Factorii externi joacă un rol în faptul dacă poarta este deschisă sau închisă. Există diferite grupuri de canale ionice și pot fi grupate în funcție de ce factori externi fizici și chimici joacă un rol în deschiderea și închiderea porții.
Unele canale ionice sunt „legate de ligand” și acestea se deschid și se închid atunci când un ligand sau un mesager chimic, cum ar fi un neurotransmițător, se leagă de un receptor de pe canal. Canalele ionice dependente de tensiune sunt deschise sau închise atunci când există modificări ale diferenței de potențial electric – sau tensiunii – din jurul canalului. Acest tip se găsește cel mai frecvent în celulele nervoase și musculare. Canalele ionice de tip al doilea mesager au activitatea lor modulată de un grup de proteine numite proteine G. Canalele mecanosensibile sunt stimulate de stimuli mecanici externi, cum ar fi atingerea și modificările presiunii osmotice.
Pe lângă faptul că sunt activate de modulatorii externi, canalele ionice pot fi și selective în ceea ce privește ionii care trec prin canal. Forma, dimensiunea și încărcarea unui ion pot afecta dacă un canal se va deschide sau se va închide și permite mișcarea prin membrana celulară. Exemplele comune de canale ionice specifice includ canale de potasiu, canale de clorură, canale de sodiu și canale de calciu.