Áreas de investigación de la bioelectroquímica
1. Simulación de membranas biológicas e interfaces biológicas
Este artículo estudia principalmente las propiedades electroquímicas termodinámicas de las membranas, el transporte transmembrana de sustancias y su transmisión. de bioelectricidad.
(1) Estudio electroquímico de la membrana SAM simulando membranas biológicas
SAM es una película ordenada, termodinámicamente estable y con la menor energía. Se basa en moléculas orgánicas de cadena larga sobre el sustrato. Fuerte unión química, así como adsorción espontánea en interfaces sólido/líquido o gas/sólido debido a interacciones entre cadenas moleculares orgánicas. En una monocapa, las moléculas están orientadas, ordenadas y dispuestas muy juntas. Al cambiar el tipo y la longitud del grupo de cabeza, el grupo de cola y la cadena de las moléculas, se pueden ajustar la estructura y las propiedades de la membrana. Por lo tanto, SAM se ha convertido en un sistema modelo ideal para estudiar diversos fenómenos de interfaz complejos, como la permeabilidad de la membrana, la fricción, el desgaste, la humectación, la adhesión, la corrosión, la fermentación biológica, la distribución de carga superficial y la teoría de la transferencia de electrones. La electroquímica de membranas autoensambladas utiliza principalmente métodos electroquímicos para estudiar la cobertura absoluta, la distribución de defectos, el espesor, la permeabilidad iónica, la distribución del potencial superficial y la transferencia de electrones de membranas autoensambladas. SAM se puede utilizar para estudiar la transferencia de electrones transmembrana (trans-SAM) entre especies redox en solución y el electrodo, así como la transferencia de electrones entre el propio SAM electroactivo y el electrodo. La película autoensamblada formada por compuestos de tiol sobre la superficie del electrodo de oro es el sistema más típico y más estudiado en electroquímica de membranas. Debido a que los compuestos de tiol de cadena larga son muy similares a las membranas biológicas naturales de doble capa en términos de tamaño molecular, modelo de tejido y formación natural de membranas, también tienen funciones de reconocimiento molecular, respuestas selectivas y alta estabilidad. Por lo tanto, la película autoensamblada formada por compuestos de tiol sobre electrodos de oro es de gran importancia para la investigación biomimética. Por ejemplo, la selectividad de las moléculas de superficie SAM se puede utilizar para estudiar la adsorción de proteínas; basándose en la película autoensamblada de compuestos de alquiltiol sobre oro, se ha estudiado el mecanismo de transferencia interfacial y de largo alcance de electrones en proteínas redox. Las membranas de fosfolípidos bicapa se construyen fácilmente depositando fosfolípidos en SAM de tiol. En el estudio de biosensores, se utiliza para simular el entorno cuasi biológico de una membrana de fosfolípidos de doble capa e inmovilizar enzimas, permitiendo la transferencia directa de enzimas. Por ejemplo, como SAM se utiliza cistina o cisteína, así como mediadores (como TCNQ, ferroceno, quinonas, etc.) y enzimas se combinan mediante reacciones de condensación para formar un método para medir glucosa, glutatión, colesterol, etc. Diversos biosensores para pigmento rojo, ácido málico, etc.
(2) Estudio electroquímico de biopelícula simulada en interfaz líquido/líquido.
La denominada interfaz líquido/líquido (L/L) se refiere a la interfaz formada entre dos soluciones de electrolitos inmiscibles, también llamada interfaz aceite/agua (O/W). El alcance de la investigación de la electroquímica de la interfaz líquido/líquido es muy amplio, incluida la doble capa eléctrica de la interfaz líquido/líquido, el mecanismo y la cinética de transferencia de carga de la interfaz líquido/líquido, la simulación de biopelículas y las aplicaciones de análisis electroquímico. La interfaz L/L puede verse como un modelo de semibiopelícula en contacto con el electrolito circundante. La membrana biológica es una estructura autoensamblada de fosfolípidos con extremos polares que miran a las soluciones acuosas intracelulares y extracelulares respectivamente. Las cadenas lipófilas de fosfolípidos forman una capa interna de membrana similar al aceite. Por lo tanto, en cierto sentido, la interfaz L/L de la monocapa absorbida por fosfolípidos está muy cerca de la interfaz biopelícula/solución acuosa. Los fosfolípidos son un material experimental ideal y pueden adsorberse bien en la interfaz L/L. Se cree que el acoplamiento entre la carga o el potencial y la tensión superficial de las monocapas de fosfolípidos es un impulsor fundamental del movimiento de los lípidos dentro de las células y las células. Se puede observar que la bioelectroquímica de la interfaz L/L es un campo de investigación muy importante y seguirá recibiendo una amplia atención.
La membrana celular biológica es un tipo especial de membrana semipermeable.
La permeabilidad de las membranas celulares al plasma K Cl-Na también es diferente.
Las concentraciones plasmáticas de K Cl-Na son diferentes dentro y fuera de la membrana celular, por lo que el potencial de membrana resultante se denomina potencial de biomembrana (celular).
Las corrientes que atraviesan las membranas de las células animales son diferentes, y las células muertas y las vivas se comportan de manera diferente.
2. Tecnología de aplicación bioelectroquímica
Dado que los fenómenos de la vida están estrechamente relacionados con los procesos electroquímicos, los métodos electroquímicos se utilizan ampliamente en las ciencias de la vida, e incluyen principalmente: introducción directa de genes de pulso eléctrico, aceleración de crecimiento de cultivos mediante campos eléctricos, tratamiento electroquímico del cáncer, control electroquímico de liberación de fármacos, métodos electroquímicos para estudios in vivo, comportamiento electroquímico de biomoléculas, estudios electroquímicos de trombosis y enfermedades cardiovasculares, crecimiento eléctrico de huesos, estudios de electrocardiograma y electroencefalograma, biobaterías.
La introducción directa de genes de impulsos eléctricos se basa en el "disparo" de ADN plasmídico o fragmentos de genes cargados negativamente en las células receptoras bajo la acción de campos eléctricos pulsados de alto voltaje y, al mismo tiempo, la La membrana celular es permeable bajo la acción del campo eléctrico aumentado (efecto de ruptura dieléctrica), lo que permite que el gen se introduzca con éxito en las células receptoras. Debido a la reversibilidad de la rotura eléctrica de la membrana celular, ésta y todas sus funciones pueden restaurarse cuando se elimina el campo eléctrico. Este enfoque ya se utiliza en biología molecular. La eficiencia de transformación celular es alta, alcanzando 1010 transformantes por microgramo de ADN, lo que es de 10 a 20 veces mayor que la de las células competentes preparadas mediante métodos químicos.
La promoción del crecimiento de cultivos en campos eléctricos es un nuevo tema de investigación. Matsuzaki et al. informaron sobre el cultivo de plántulas de maíz y soja en un medio que contenía 0,5 mmol/l de K2SO4 y la adición de pulsos eléctricos de 20 Hz, 3 V o 4 V (pico a pico). Después de 6 días, en comparación con el grupo de control, las plántulas habían desarrollado sistemas de raíces y su crecimiento se aceleró significativamente. La razón puede ser que el campo eléctrico estimula el bombeo de iones para el crecimiento y el metabolismo.
La electroquimioterapia del cáncer es un nuevo método de tratamiento del cáncer propuesto por el radiólogo sueco Nordenstrom. El principio es que bajo la acción del campo eléctrico de CC, se provoca una serie de cambios bioquímicos en el foco del cáncer, lo que conduce a un trastorno del metabolismo tisular, desnaturalización de proteínas, precipitación y necrosis, lo que conduce a la desintegración de las células cancerosas. Generalmente, el electrodo positivo del electrodo de platino se coloca en el centro del foco del cáncer y se atan de 1 a 5 electrodos de platino a su alrededor mientras se aplica un voltaje de 6 a 10 V, la corriente de control es de 30 a 100. Ma, el tiempo de tratamiento es de 2 a 6 horas y el foco del cáncer consume electricidad entre 100 y 150 culombios. Esta terapia se ha promocionado como tratamiento para el cáncer de hígado y piel. El tratamiento de los tumores de superficie es particularmente sencillo y eficaz.
La tecnología de liberación controlada de fármacos se refiere a controlar la velocidad de liberación y el lugar de liberación de los fármacos dentro de un cierto período de tiempo para obtener el mejor efecto terapéutico. Al mismo tiempo, la liberación sostenida es beneficiosa para reducir la toxicidad de los fármacos. La liberación de fármacos controlada electroquímicamente es un nuevo método de liberación de fármacos. Este método consiste en combinar moléculas o iones del fármaco con un portador polimérico, de modo que el portador polimérico se fije en la superficie del electrodo para formar un electrodo químicamente modificado, y luego las moléculas o iones del fármaco se liberan en la solución controlando el proceso redox de el electrodo. Los métodos de carga de fármacos en polímeros portadores se pueden dividir en * * * tipo de enlace de valencia y tipo de enlace iónico. * * * La carga del enlace de valencia consiste en unir las moléculas del fármaco al esqueleto del polímero mediante síntesis química y luego fijar el polímero en la superficie del electrodo sólido mediante un recubrimiento para formar un electrodo modificado con una película de polímero. Durante el proceso de oxidación o reducción, el * * enlace de valencia entre la molécula del fármaco y el polímero se rompe, lo que hace que la molécula del fármaco se libere de la membrana. La carga de enlaces iónicos utiliza polímeros conductores electroactivos, como polipirrol, polianilina, etc., para cargar iones de fármacos en membranas poliméricas. , acompañado de la intercalación de iones como contraiones durante la oxidación o reducción, seguida de la liberación de iones fármaco de la membrana por reducción u oxidación.
La investigación in vivo es un importante método de investigación fisiológica, cuyo objetivo es comprender los mecanismos de acción y los patrones de actividad fisiológica de células, tejidos y órganos desde un nivel holístico. Debido a que algunas sustancias neuroactivas (neurotransmisores) son electroquímicamente activas, los métodos electroquímicos se utilizaron por primera vez para estudiar el sistema nervioso del cerebro in vivo. Cuando se insertaron microelectrodos en cerebros de animales para realizar mediciones voltamétricas in vivo, despertó inmediatamente un gran interés. Después de una mejora continua, esta tecnología se reconoce como la forma más eficaz de rastrear y monitorear la actividad neuronal en el cerebro animal en condiciones fisiológicas normales. Los neurotransmisores típicamente detectables son la dopamina, la norepinefrina, la serotonina y sus metabolitos. La voltamperometría con microelectrodos se ha convertido en una poderosa herramienta para la monitorización continua de los neurotransmisores primarios que ingresan al líquido intersticial. Los estudios in vivo generalmente utilizan voltamperometría cíclica rápida (varios kilovoltios por segundo) y cronoamperometría rápida.
La voltamperometría cíclica rápida también se ha utilizado para estudiar la liberación de neurotransmisores de células nerviosas individuales, desarrollando lo que se conoce como "electroquímica celular".
El estudio del comportamiento electroquímico de biomoléculas es un campo de investigación básico de la bioelectroquímica. Su finalidad es obtener el mecanismo de las reacciones de transferencia de electrones redox y las reacciones electrocatalíticas de las biomoléculas, proporcionando así una correcta comprensión de las moléculas bioactivas. Proporcionar datos básicos para las funciones biológicas. Las biomoléculas estudiadas incluyen moléculas pequeñas como aminoácidos, alcaloides, coenzimas y azúcares, así como macromoléculas biológicas como proteínas redox, ARN, ADN y polisacáridos.
3. Biosensores electroquímicos y dispositivos biomoleculares Los sensores, los sistemas de comunicación y los ordenadores constituyen un moderno sistema de procesamiento de información. Los sensores son equivalentes a los sentidos humanos. Son la interfaz entre las computadoras, la naturaleza y la sociedad, y son herramientas que proporcionan información a las computadoras.
Los sensores suelen constar de componentes sensibles (identificación), componentes de conversión, circuitos electrónicos y accesorios estructurales correspondientes. Los biosensores se refieren a sensores que utilizan componentes biológicos fijos (enzimas, antígenos, anticuerpos, hormonas, etc.). ) o el propio organismo (células, orgánulos, tejidos, etc.) como elemento sensor. Los biosensores electroquímicos se refieren a sensores que utilizan materiales biológicos como elementos sensores y electrodos (electrodos sólidos, electrodos selectivos de iones, electrodos sensibles a gases, etc.). ) actúa como elemento de conversión y detecta señales caracterizadas por potencial o corriente. Dado que los materiales biológicos se utilizan como elementos sensibles de los sensores, los biosensores electroquímicos son altamente selectivos y son herramientas analíticas ideales para obtener información rápida y directa sobre la composición de sistemas complejos. Algunos resultados de la investigación se han aplicado en biotecnología, industria alimentaria, pruebas clínicas, industria farmacéutica, biomedicina, análisis ambiental y otros campos.
Según los diferentes materiales biológicos utilizados en los elementos sensores, los biosensores electroquímicos se pueden dividir en sensores de electrodos enzimáticos, sensores de electrodos microbianos, inmunosensores electroquímicos, electrodos de tejido y sensores de electrodos de orgánulos, sensores de ADN electroquímicos, etc.
(1) Sensor de electrodo enzimático
Se describe brevemente el principio de funcionamiento del electrodo de glucosa oxidasa. Bajo la catálisis de DIOS, la glucosa (C6H12O6) es oxidada por el oxígeno para generar ácido glucónico (C6H12O6) y peróxido de hidrógeno. Con base en la reacción anterior, es obvio que el contenido de glucosa se puede determinar indirectamente a través del electrodo de oxígeno (que mide el consumo de oxígeno), el electrodo de peróxido de hidrógeno (que mide la producción de H2O2) y el electrodo de pH (que mide el cambio en acidez). Por lo tanto, siempre que GOD esté fijado en la superficie del electrodo, se puede formar un sensor GOD para medir la glucosa. Este es el llamado sensor de electrodo enzimático de primera generación. Debido a que este sensor es un método de medición indirecto, existen muchos factores de interferencia. Los sensores de electrodos enzimáticos de segunda generación utilizan mediadores de electrones redox para transferir electrones entre el centro activo redox de la enzima y el electrodo. El sensor de electrodo enzimático de segunda generación no está limitado por el sistema de medición y tiene un amplio rango lineal de concentración de medición y menos interferencia. Muchos investigadores están intentando desarrollar sensores de electrodos enzimáticos de tercera generación, en los que el centro activo redox de la enzima intercambia electrones directamente con la superficie del electrodo.
Los sensores de electrodos enzimáticos disponibles actualmente en el mercado incluyen: sensor de electrodo GOD, sensor de electrodo de L-lactato monooxigenasa, sensor de electrodo de uricasa, etc. (2) Sensor de electrodo microbiano
Un biosensor electroquímico compuesto de microorganismos (bacterias y levaduras de uso común) fijados en la superficie del electrodo como un material sensible se denomina sensor de electrodo microbiano. Su principio de funcionamiento se puede dividir a grandes rasgos en tres tipos: en primer lugar, utiliza el sistema enzimático (enzima única o enzima compuesta) contenido en los microorganismos para identificar moléculas, similar a un electrodo enzimático, en segundo lugar, utiliza la asimilación de materia orgánica por parte de los microorganismos y; detecta su respiración. La concentración de materia orgánica está determinada indirectamente por el aumento de la actividad (absorción de oxígeno), es decir, la disminución de oxígeno en el sistema se mide mediante el tercer electrodo de oxígeno, midiendo los metabolitos sensibles del electrodo; Se determina indirectamente cierta materia orgánica que puede ser asimilada por microorganismos anaeróbicos.
Los sensores de electrodos microbianos se utilizan en la industria de la fermentación, la inspección de alimentos, la atención médica y otros campos. Por ejemplo: electrodo de Pseudomonas utilizado para la determinación de glucosa en el proceso de fermentación de alimentos; electrodo de horquilla de Methanomonas utilizado para la determinación de metano; electrodo bacteriano de Citrobacter freundii utilizado para la determinación de cefalosporinas antibióticas, etc.
Los sensores de electrodos microbianos son baratos, tienen una larga vida útil y buenas perspectivas de aplicación, pero es necesario mejorar aún más su selectividad y estabilidad a largo plazo.
(3) Inmunosensores electroquímicos
Los anticuerpos tienen funciones únicas de reconocimiento y unión para los antígenos correspondientes. Los inmunosensores electroquímicos son dispositivos de detección que utilizan esta función de reconocimiento y unión para combinar anticuerpos o antígenos con electrodos. Los inmunosensores electroquímicos se pueden dividir en dos tipos: directos e indirectos. La característica del tipo directo es que la información de la respuesta inmune del anticuerpo se convierte directamente en una señal eléctrica mientras reconoce y se une a su antígeno correspondiente. Este tipo de sensor se puede dividir en dos tipos: tipo combinado y tipo separado. El primero consiste en fijar directamente el anticuerpo o antígeno en la superficie del electrodo, y el sensor se combina con el anticuerpo o antígeno correspondiente y al mismo tiempo produce un cambio potencial; el segundo es una película de anticuerpo o película de antígeno hecha de anticuerpos o antígenos; Cuando reacciona con el ligando correspondiente, el potencial de membrana cambia y el electrodo que mide el potencial de membrana se separa de la membrana. El tipo indirecto se caracteriza por convertir la información de la combinación de antígeno y anticuerpo en otro tipo de información intermedia, y luego convertir esta información intermedia en una señal eléctrica. Este tipo de sensor se puede dividir en dos tipos: tipo combinado y tipo separado. El primero consiste en fijar el anticuerpo o antígeno en el electrodo; el segundo consiste en separar completamente el anticuerpo o antígeno del electrodo. Los inmunosensores electroquímicos indirectos suelen utilizar enzimas u otros compuestos electroactivos para marcar y amplificar químicamente la información de concentración de anticuerpos o antígenos para lograr una alta sensibilidad.
Ejemplos de inmunosensores electroquímicos incluyen: inmunosensor HCG para diagnosticar el embarazo temprano; inmunosensor de alfafetoproteína para diagnosticar cáncer primario de hígado; inmunosensor para medir la proteína sérica humana (HSA); inmunosensores de IgG, inmunosensores de insulina, etc.
(4) Electrodos de tejido y sensores de electrodos de orgánulos
Los sensores electroquímicos que utilizan directamente rodajas de tejido animal y vegetal como elementos sensibles se denominan sensores de electrodos de tejido. El principio es utilizar enzimas en tejidos animales y vegetales. Sus ventajas son una mayor actividad enzimática y estabilidad que la enzima de separación, fácil disponibilidad de materias primas, preparación sencilla y larga vida útil. Sin embargo, todavía existen algunas desventajas en términos de selectividad, sensibilidad y tiempo de respuesta.
Los electrodos de tejido animal incluyen principalmente: electrodos de tejido renal, electrodos de tejido hepático, electrodos de tejido intestinal, electrodos de tejido muscular, electrodos de tejido del timo, etc. Existe una amplia gama de materiales para componentes sensibles a electrodos de tejidos vegetales, incluidas raíces, tallos, hojas, flores y frutos de diferentes plantas. En comparación con los electrodos de tejido animal, los electrodos de tejido vegetal son más simples, más baratos y más fáciles de conservar. Los sensores de electrodos de orgánulos son sensores que utilizan orgánulos animales y vegetales como elementos sensibles. Los orgánulos se refieren a pequeños "órganos" que existen en las células rodeadas por membranas, como mitocondrias, microsomas, lisosomas, peróxido de hidrógeno, cloroplastos, partículas de hidrogenasa, partículas magnéticas, etc. El principio es utilizar enzimas contenidas en orgánulos celulares (a menudo sistemas multienzimáticos).
(5) Sensor electroquímico de ADN
El sensor electroquímico de ADN es un nuevo tipo de biosensor que se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Su finalidad es detectar genes y algunas sustancias que interactúan específicamente con el ADN. Los sensores de ADN electroquímicos son dispositivos que utilizan ADN monocatenario (ssDNA) o sondas genéticas como elementos sensibles fijados en la superficie de electrodos sólidos y agregan indicadores electroactivos (llamados indicadores de hibridación) para identificar información de hibridación. Su principio de funcionamiento es formar ADN bicatenario (ADNds) mediante el reconocimiento específico (hibridación molecular) de la secuencia específica de ADNss fijado en la superficie del electrodo y la secuencia homóloga en la solución (las propiedades de la superficie del electrodo cambian en el). Al mismo tiempo, puede reconocer ssDNA. La señal de respuesta actual cambia con el indicador de hibridación de dsDNA para lograr el propósito de la detección genética.
4. Bioenergética y procesos metabólicos
Incluyendo mecánica de reacciones redox catalizadas por enzimas, cadena respiratoria mitocondrial, reacciones fotoredox y fotosíntesis. La fotosíntesis como proceso general incluye el proceso de excitación de electrones después de la absorción de fotones, la generación de potencial de membrana, la transferencia de electrones y protones y una serie de reacciones metabólicas posteriores.
En la actualidad, además de los métodos electroquímicos tradicionales, la espectroscopia electroquímica UV-visible, la espectroscopia electroquímica de infrarrojos in situ, la espectroscopia electroquímica de Raman in situ, la difracción de rayos X, la tecnología de sonda de escaneo y los métodos electroquímicos como Las microbalanzas de cristal estacionales se utilizan ampliamente.
Elemento sensor de biomaterialElemento de conversión de electrodo
Por ejemplo: sensor de electrodo de enzima
Tome el electrodo de glucosa oxidasa (GOD) como ejemplo.
Funciona según el principio de que la glucosa (C6H12O6) es catalizada por Dios.
Oxidado por oxígeno para generar ácido glucónico (C6H12O7) y peróxido de hidrógeno.
Ecuación
Basado en la reacción anterior, el contenido de glucosa se puede medir indirectamente midiendo el consumo de oxígeno (electrodo de oxígeno) o la producción de peróxido de hidrógeno (electrodo de peróxido de hidrógeno).
Se trata del llamado sensor de electrodos enzimáticos de primera generación. Actualmente existen muchos tipos, incluidos los que se utilizan para detectar si los conductores están bebiendo. Sensor de electrodo de alcohol oxidasa.
Tecnología patentada: Conecta el sensor del electrodo de alcohol oxidasa al dispositivo de encendido del coche.
Estructura y mecanismo de los canales de agua de la membrana celular y de los canales iónicos Introducción al Premio Nobel de Química 2003
Peter Agre: científico estadounidense. Nacido en Northfield, Minnesota, en 1949, recibió su título de médico en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore en 1974 y actualmente es profesor de bioquímica y medicina en esa facultad. Roderick MacKinnon: científico estadounidense. Nacido en 1956, creció en Burlington, un pequeño pueblo cerca de Boston, Estados Unidos. Recibió su título de médico en la Facultad de Medicina de Tufts en 1982 y actualmente es profesor de neurobiología molecular y biofísica en la Universidad Rockefeller.
Bioelectroquímica
Contribución científica
Descubrieron canales de agua en membranas e hicieron contribuciones innovadoras al estudio de la estructura y mecanismo de los canales iónicos. Se trata de un descubrimiento importante que abre la puerta a estudios bioquímicos, fisiológicos y genéticos de los canales de agua en bacterias, plantas y mamíferos.
Impacto en la vida
La solución acuosa representa el 70% del peso corporal humano. La solución acuosa de los organismos vivos se compone principalmente de moléculas de agua y varios iones. Su movimiento dentro y fuera de los canales de la membrana celular permite muchas funciones de la célula. ¿Cómo entran y salen las moléculas de agua de las células humanas? Comprender este mecanismo ayudará enormemente a las personas a comprender mejor muchas enfermedades, como las cardíacas y las neurológicas. Sus hallazgos ilustran cómo la sal y el agua entran y salen de las células que forman los organismos vivos. Por ejemplo, cómo los riñones reabsorben el agua de la orina original y cómo se generan y transmiten las señales eléctricas dentro de las células son de gran importancia para la exploración humana de diversas enfermedades como los riñones, el corazón, los músculos y el sistema nervioso.
De hecho, ya a mediados del siglo XIX, se sospechaba que las células humanas debían tener canales especiales para transportar agua. Sin embargo, no fue hasta 1988 que Agrel aisló con éxito una proteína de membrana. Después de aproximadamente un año, comprendió que la proteína debía ser el canal de agua que había estado buscando durante tanto tiempo. Este descubrimiento decisivo abrió la puerta a toda una serie de estudios bioquímicos, fisiológicos y genéticos que condujeron a canales de agua en bacterias, plantas y mamíferos. Ahora, los investigadores tienen una comprensión detallada de cómo las moléculas de agua se mueven a través de las membranas celulares y por qué sólo las moléculas de agua pueden hacerlo, pero no otras moléculas o iones más pequeños.
La bioquímica moderna ha alcanzado el nivel atómico en la resolución de los principios fundamentales de los procesos vitales. Otro tipo de canal de membrana es un canal iónico. Los canales iónicos son importantes en los sistemas de estrés nervioso y muscular. Cuando los canales iónicos en la superficie de las células nerviosas se abren en respuesta a señales químicas de las células nerviosas vecinas, se produce un efecto conocido como voltaje de las células nerviosas, por lo que los impulsos eléctricos pasan a través de los canales iónicos que se abren y cierran en milisegundos. células. MacKinnon sorprendió a toda la comunidad académica en 1998 al confirmar la estructura espacial de los canales de iones de potasio (microscopía electrónica de alta resolución). Este aporte nos permite saber ahora que los iones pueden fluir a través de canales y que la apertura y cierre de estos canales está controlada por diferentes señales celulares.