Natriumkanäle, spannungsabhängige Natriumkanäle, Na⁺-Kanäle, membrandurchspannende Glycoproteine, deren wässrige Poren sich nach Depolarisation der Zellmembran öffnen und spezifisch für Na⁺-Ionen permeabel sind. Im Inneren eines Neurons liegt, wie auch in den meisten anderen Zellen, eine hohe K⁺- und eine niedrige Na⁺-Konzentration vor. Diese Ionengradienten werden durch die Na⁺-K⁺-ATPase erzeugt. Das Aktionspotenzial entsteht durch große temporäre Permeabilitätsänderungen der Axonmembran für Na⁺- und K⁺-Ionen. Durch Depolarisation der Membran über einen Schwellenwert öffnen sich die N., wodurch aufgrund des großen elektrochemischen Gradienten Na⁺-Ionen in die Zelle fließen. Durch die schnelle und große Änderung des Membranpotenzials innerhalb einer Millisekunde schließen sich die N. spontan und die Kaliumkanäle öffnen sich etwa zeitgleich, um K⁺-Ionen nach außen zu befördern. Der N. aus dem elektrischen Organ des Zitteraals besteht aus einer einzelnen Polypeptidkette (M_r 260 kDa) mit vier sich wiederholenden Einheiten, von denen sich jede mit hoher Wahrscheinlichkeit zu sechs Transmembranhelices faltet (Abb.). Aus den vier sich wiederholenden Einheiten des N. bildet sich eine stark selektive Pore für Na⁺-Ionen. Der aus Rattenhirn isolierte N. enthält zusätzlich zur 260 kDa-α-Kette noch eine β₁- (M_r 36kDa) und eine β₂-Kette (M_r 333kDa). Aus den cDNA-Sequenzen der N. von Zitteraal und Ratte wurde eine sechzigprozentige Sequenzübereinstimmung abgeleitet. Der N. ist eng, wodurch Ionen mit einem Durchmesser von >0,5nm ausgeschlossen werden. Bis auf wenige Ausnahmen, wie beispielsweise Glattmuskelzellen der Blutgefäße, kommen N. in allen erregbaren Zellen, wie Neuronen, sekretorischen Zellen und den Zellen des Herz- und Skelettmuskels vor. Die N. werden durch zahlreiche Pharmaka und Toxine beeinflusst. Man unterscheidet zwischen Na⁺-Kanal-Antagonisten, die die elektrische Erregbarkeit reduzieren, und Na⁺-Kanal-Agonisten, die entweder N. direkt aktivieren oder ihre Inaktivierung verlangsamen. Die wirkungsvollsten Neurotoxine, die N. blockieren, sind das hochwirksame Gift aus dem Kugel- oder Fugo-Fisch, das Tetrodotoxin und das Saxitoxin aus marinen Dinoflagellaten. Die positiv geladene Guanidinogruppe, die beide Gifte enthalten, tritt mit einer negativ geladenen Carboxylatgruppierung am Eingang des N. auf der extrazellulären Kanalseite in Wechselwirkung, wodurch die Porenöffnung blockiert wird. Lokalanästhetika bilden eine zweite Klasse von Na⁺-Kanal-Antagonisten, deren Rezeptoren an der intrazellulären Seite der N. liegen. Sie blockieren reversibel die Entstehung und Ausbreitung von Aktionspotenzialen in Schmerzfasern und verhindern auf diese Weise, ohne Ausschaltung des Bewusstseins, die Schmerzwahrnehmung. Antiarrhythmika der Klasse I blockieren N., indem sie den Na⁺-Einstrom während der Depolarisation hemmen. Diese Hemmung erfolgt in ähnlicher Weise wie die lipophiler Lokalanästhetika.

Natriumkanäle. Schematische Darstellung.