هر کانال‌ یونی نسبت به عبور یونی خاص اختصاصی شده است و دیگر یون‌ها نمی‌توانند از این سد عبور کنند. البته استثناهایی نیز وجود دارد که مثلا یک کانال دو نوع یون را عبور دهد. در این مقاله به بررسی حالت کلی می‌پردازیم.

چگونه یک کانال اختصاصی (specific) می‌شود؟

هر کانال دارای ساختمان مخصوص به خود و متفاوت با دیگر انواع کانال‌هاست. برای مثال کانال‌های سدیم و پتاسیم که در دسته‌ی کانال‌های ولتاژی هستند، دارای چهار زیرواحد به همراه شش مارپیچ تراغشایی می‌باشند. در حالت فعال این مارپیچ‌ها حرکت کرده و باعث باز شدن منفذ (pore) می‌شوند. دو مارپیچ از این شش مارپیچ توسط یک حلقه جدا شده‌اند  که  این حلقه منفذ را آستر کرده و اولین و مهم‌ترین تعیین کننده قدرت هدایت کانال است. این مکانیسم اولین بار از سوی Clay Armstrong انتشار یافت. او پیشنهاد کرد که آستر منفذ به صورت کارآمد می‌تواند مولکول‌های آبی که یون را در بر گرفته‌اند را جدا کرده و پیوندهایی را جایگزین نماید.

یون پتاسیم بیشتر از سدیم آبپوشی شده و همچنین اندازه‌ی بزرگ‌تری نیز دارد. کانال سدیم دارای قطری معادل 0.3 تا 0.5 نانومتر است (اصولا مرکز کانال محلی است که یون تمام مولکول‌های آب اطراف خود را از دست داده و دارای کمترین قطر می‌باشد. بازه‌ی قطری به همین دلیل عدم یکنواختی کانال مطرح می‌شود.). کاملا مشخص است که هیچ گاه یون بزرگتری مانند پتاسیم نمی‌تواند از این منفذ عبور کند. همچنین به دلیل اینکه اطراف منفذ کانال سدیم از اسیدآمینه‌هایی با بار منفی (مانند گلوتامیک اسید) پوشیده شده است، یون‌هایی مانند کلر (به دلیل دفع بارها) نمی‌توانند عبور کنند.

● اما سوال مهم اینجاست که چگونه کانال پتاسیم، سدیم را منتقل نمی‌کند؛ در حالیکه اندازه‌‌‌ی منفذ کانال پتاسیم بزرگتر از سدیم می‌باشد و همچنین این دو یون دارای بار یکسانند؟

پاسخ این پرسش مهم، در انرژی آزاد مورد نیاز نهفته است. همانطور که می‌دانیم یون‌ها در محیط آبی آبپوشیده می‌شوند و یک shell را در اطراف خود تشکیل می‌دهند.  اگر یک یون بخواهد از یک منفذ عبور کند باید مولکول‌های  آب خود را از دست داده و با اسیدآمینه‌های پوشاننده‌ی منفذ واکنش دهد. برای پتاسیم این اتفاق اینگونه رخ می‌دهد که با جدا شدن هر مولکول آب، یک پیوند با اکسیژن گروه کربونیل اسیدآمینه برقرار می شود. حال اگر مولکول کاملا با منفذ متناسب نباشد نمی‌تواند از تمام جهات با گروه‌های کربونیل ارتباط برقرار کند. اما مسئله‌ی اصلی همان طور که گفته شد، انرژی است. کانال برای جداسازی مولکول‌های آب باید انرژی مصرف کند. این انرژی برای سدیم 301KJ/mol و برای پتاسیم 203KJ/mol است. این بدان معناست که کانال پتاسیم نمی‌تواند انرژی لازم برای جداسازی مولکول‎‌های آب را از یون سدیم تامین کند و به همین دلیل سدیم به حجم واقعی خود که کوچکتر از پتاسیم است نمی‌رسد.