膜通道和闸门的概念
近年来随着膜的化学组成和分子生物学的进展，在Hodgkin等提出的决定通透性的“粒子”的基础上，又逐渐形成了“通道”和“闸门”的概念，前者被认为是膜上允许离子通过的特殊蛋白质结构，而后者是这种蛋白质内部决定通道“开放”或“关闭”的可移动的带电基团。
通道的化学本质 在有关膜通透性改变的实验中知道，当通透性增大时，离子通过膜的速度和方向，受它们各自的电化学梯度所控制，并且离子运动可以在数毫秒内完成，这几乎和离子在一般水溶液中运动时的规律一致，这使人们合理地推想，离子通过膜不大可能是通过所谓“载体”的转运，而是通过散在于膜上的物理性间隙或孔洞进行的，这就是兴奋膜生理学中广泛使用的“通道”一词的原始含义。这一概念的使用，远早于它的化学本质或结构被确定以前。根据七十年代初提出来的膜的液态镶嵌式模型(Singer等1972)，通道应是镶嵌在膜的脂质双分子层中的特殊的α-蛋白质。实验中发现，使用了能和蛋白或多肽链中的SH基生成不溶性物质的重金属离子后，或是使用了能封闭羧基的蛋白修饰剂后，都可使神经丧失其兴奋能力，这都提示通道至少部分地是由含功能性SH基或羧基侧链的蛋白质构成的。
Chandler等(1965)用各种离子溶液进行巨大纤维的轴浆内灌流，同时用电压固定法控制钠通道，对通道的离子选择性进行了研究。他们发现，钠通道的离子选择性只是相对的，实验中至少有六种金属离子和七种有机离子可以通过，但以钠离子的通过能力最高。根据这些事实推测，Hille(1972)提出钠通道在最细处呈3×5的矩形切面，周围环绕有八个氧原子；他认为较大的离子不易通过是由于几何学原因，即通道过于狭窄，而对于小的正离子的选择性，则与能量因素有关；正离子通过时，暂时和通道中的负性基团结合，同时失去水化层中的一些水，结果直径1.9的Na+较直径2.66的K+受到更大的吸引，因而Na+更易通过。假定通道周围有氧原子存在，是为了说明上述离子的甲基衍生物何以反较这些离子本身更易通过。
利用某些物质能与通道蛋白质特异地相结合的特性，可以确定某种通道在膜上的空间分布和它们的相对密度。例如Colguhoun等(1972)用同位素标记的河豚毒作实验，计算出海鳞鱼嗅神经上的钠通道为每平方微米2.5个，兔迷走神经27个；而Keynes等(1973)在枪乌鲗巨大纤维发现有200个。这些数字也许不一定精确，但至少说明钠通道在膜的总面积中所占的比率是相当小的。有趣的是，河豚毒阻断钠通道以施用于膜外时有效，而四乙铵阻断钾通道以膜内最有效； 河豚毒和贝介毒都可阻断钠通道，且有竞争性，分析二者的结构时发现，他们都含有一个胍基，因而设想他们的作用可能是由于胍基插入了通道外口，因而妨碍了Na+的进入所致。
遗憾的是，尽管目前对于膜通道蛋白质的部分结构和个别特性有所了解，但迄今尚未成功地由膜结构中分离出一种与Na+、K+等离子的被动转运有关的蛋白质。有人初步估计，钠通道蛋白质的分子量可能在24万左右(Landowne等，1975)。
闸门和闸门电流 近代生理学认为，膜通道的离子选择性和决定通道开放或关闭的机构是相互独立的，后者称之为闸门。从Hodgkin等提出粒子移动决定膜通道状态(见“兴奋膜特性的数学模拟”)的时代起，人们就试图确定这些粒子究竟是什么。Gordon等(1948)曾推测，细胞外液中的Ca2+在，安静时可能被膜的内向电场所吸引，堵塞了钠通道，当内向电场因去极而减弱时，它又被释放入浸浴液，亦即Ca2+在这里起着闸门粒子的作用。但这一推测和大多数实验事实相矛盾。目前认为，Ca2+可能被膜表面的带负电基团所吸引，向膜靠近，但由此造成膜表面局部电场的改变尚不致影响膜的静息电位的数值，而只是减弱膜去极时引起的电场效应，使位于附近的真正起闸门作用的粒子的移动减弱。这就是说，Ca2+本身虽不是闸门粒子，但它在浓度增高时有使膜的兴奋阈值升高的作用。目前的看法是，真正的闸门粒子大概不是任一种游离在浸浴液中的离子，而是通道蛋白质结构中固有的一些带电基团或电偶力矩，如电离了的羧基或磷酸基等，当它们因所受电场力的改变而出现位移或转动时，决定了通道的开放或关闭(Hille,1976)。
1973年以来，许多实验室记录到了所谓闸门电流，是对上述观点的有力支持。因为闸门粒子既然自身是带电的，那么它们的移动必然也会形成一定数量的电流。为此Armstrong等(1973)用各种方法去除或抵消了膜在去极时可能出现的各种离子电流和电容电流，并使用了平均加算法消除噪声干扰，结果在相当于钠电流出现前的时刻记录到一种非常微弱的电流；它们与膜内外的Na+、K+浓度无关，也不受河豚毒的影响，因而被认为至少部分是由于决定钠通道激活的粒子的移动造成的。不久又有人提出，他们在海兔神经元上记录到两种分别与钠通道和钙通道有关的闸门电流(Adams等，1976)。Keynes在1978年对闸门电流的研究情况作了有趣的描述。他指出，与钠通道开放有关的闸门电流在去极时是外向的，去极撤去时是内向的；时间常数以前者为大，但二者的时间积分相等；这种闸门电流的强度只有一般离子电流的1%，也表现电压依从性；它在数量上大致和gNa的三次方根成比例；而且根据此电流的强度，可算出每平方微米膜上大约有400～500个带电粒子在移动，这差不多正是巨大纤维上计算所得的钠通道数目的三倍左右。这些计算显然和Hodgkin等认为三个粒子移动决定一个钠通道激活的推测相一致〔见“兴奋膜特性的数学模拟”条中的方程(1b)及有关说明〕。
对于Hodgkin等认为钠通道的激活和失活由不同粒子移动所决定的假设，还得到其他一些实验事实的支持。有人在电压固定实验中进行观察，发现在用蛋白酶作纤维内灌流后，钠电流不再是一过性的，这表明失活过程不能再出现； 后来又证明这种作用是由于钠通道结构中的精氨酸被封闭的结果，因为用其他专门破坏肽链中精氨酸的药物如乙二醛，也能使失活过程不能出现(Eaton等，1978)。近年来发现由北非沙漠中一种蝎类 (Leiurusquinquistriatus)提取的多肽类毒素，也可特异地阻断钠通道的失活 (Okamoto等，1976)，而另一种栖生在美洲的蝎类(Centruroides Sculpturatus)的毒素，则只能阻断钠通道的激活而不影响失活的出现 (Cahalan,1975)。
总之，从兴奋膜特性的数学模拟发展到由分子水平阐明通道的理化特性，是困难而有意义的一步。不同的生物膜可能具有不同的离子通道，同一种离子也可能经过不同特性的通道进出细胞，这方面的研究构成了分子生物学的重要的内容，它将把兴奋膜生理学推向一个新阶段。