Kaliumkanäle,spannungsabhängige Kaliumkanäle, membrandurchspannende Glycopeptide, deren wässrige Kanalporen für K⁺-Ionen, jedoch auch für andere kleine Kationen (Tl⁺, Rb⁺, NH₄⁺, Na⁺ u.a.) permeabel sind. K⁺-Ionen können einen K. um den Faktor 100 besser passieren als Na⁺-Ionen. Das kommt daher, dass im Vergleich zum Kaliumion mehr freie Energie aufgewandt werden muss, um das Natriumion zu dehydratisieren. Cs⁺-Ionen sind zwar in der Lage, in die Öffnung eines K. einzutreten, sie können den Kanal aber nicht durchdringen. Daher fungieren Cs⁺-Ionen als universelle Blocker für K.

Bei Drosophila werden K. durch das sog. shaker-Gen kodiert, aus dessen Primärtranscript durch unterschiedliches Spleißen mindestens fünf verschiedene mRNA-Typen für verwandte K. entstehen. Das 70 kDa große Genprodukt der shaker-cDNA aggregiert zu einem tetrameren Kanal, der wie der Natriumkanal eine vierfache Symmetrie aufweist. Eine Untereinheit enthält (wie Natriumkanaldomänen) sechs membrandurchspannende Helices und (wie Natrium- und Calciumkanäle) einen S4-Spannungssensor.

Offene K. bringen das Membranpotenzial in die Nähe des Kaliumgleichgewichtspotenzials, das beim Säugermuskel bei -98mV liegt. Die K. tragen dazu bei, dass nach einer Depolarisation der Ruhezustand wieder hergestellt wird, wobei durch ihre hyperpolarisierende Wirkung die Erregbarkeit herabgesetzt wird. Diese stabilisierenden und regenerierenden Aktivitäten werden durch verschiedene K. realisiert, die sich in ihrer Spannungsempfindlichkeit, ihrer Kinetik, aber auch in ihrer Modulation durch Calciumionen und verschiedene Neurotransmitter unterscheiden. Man unterteilt die K. recht willkürlich in a) spannungsaktivierte K., b) Ca²⁺-aktivierte K. und c) Liganden-gesteuerte K., da beispielsweise Ca²⁺-aktivierte Kanäle auch spannungssensitiv sind und ihre Leitfähigkeit durch Neurotransmitter moduliert werden kann. Die spannungsaktivierten K. wiederum gehören drei Subtypen an. Durch Membrandepolarisation werden der verzögerte, auswärtsgleichgerichtete K. (delayed rectifier channel, K-Kanal) und der transiente auswärtsgleichgerichtete K. (K[A]-Kanal), durch Membranhyperpolarisation der einwärtsgleichgerichtete K. (inward rectifier channel, anomalous rectifier, K[I_R]-Kanal) aktiviert. Kaliumströme durch verzögerte auswärtsgleichgerichtete Kanäle (I_K) werden durch stärkere Depolarisationen ausgelöst, aktivieren mit einem sigmoidalen Zeitverlauf (verzögert) und zeigen während lang dauernder Depolarisation kaum Inaktivierung. Der Terminus "auswärtsgleichgerichtet" bedeutet, dass die Kanäle unter physiologischen Bedingungen Kaliumionen nur von innen nach außen transportieren. Sie werden beispielsweise durch extrazelluläres 4-Aminopyridin blockiert. Kaliumströme durch I_A-Kanäle werden durch kleinere Depolarisationen ausgelöst. Sie aktivieren schnell und zeigen starke Inaktivierung während anhaltender Depolarisation (>100 ms). Eher unselektiv sind kationische Kanäle, die Kaliumionen ebenso gut leiten wie Natriumionen und als K(h)-Kanäle (h = Abk. von hyperpolarisationsaktiviert) bezeichnet werden. Man findet diesen Typ in Photozellen, zentralen Neuronen und Schrittmacherzellen des Herzens.

Ca²⁺-aktivierte K. (K[Ca]-Kanäle) werden durch einen Anstieg freier intrazellulärer Ca²⁺-Konzentrationen aktiviert. Nach der unterschiedlichen Leitfähigkeit für K⁺-Ionen, der Spannungssensitivität und nach pharmakologischen Gesichtspunkten lassen sie sich in zwei Subtypen unterteilen. Der Maxi- oder Big-K(Ca)-Kanal wird durch Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration um 1-10 μM aktiviert, besitzt eine große Leitfähigkeit (daher die Bezeichnung) und kann in nanomolaren Konzentrationen selektiv durch das Skorpiontoxin Charybdotoxin (von Leiurus quinquestriatus) blockiert werden. Die durch Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration um 10-100 nM aktivierbaren, aufgrund ihrer geringen Leitfähigkeit als Small-K(Ca)-Kanäle bezeichneten K. werden durch das Bienengifttoxin Apamin in nanomolarer Konzentration blockiert. Sie sind nicht spannungssensitiv.

Auch die Liganden-gesteuerten K. können weiter in Neurotransmitter-Rezeptor-modulierte K. und ATP-sensitive Kanäle (K[ATP]-Kanäle unterteilt werden. Letztere sind in Abwesenheit von ATP offen und geschlossen, wenn sich die ATP-Konzentration im millimolaren Bereich bewegt. Man findet solche K. in Neuronen, Herz- und Skelettmuskelzellen und in den β-Zellen des Pankreas.