2003年諾貝爾化學獎頒給羅德里克•麥金農（Roderick Mackinnon）「研究離子通道（ion channel）的機制及結構」及彼得•阿格雷（Peter Agre）「發現水通道（aquaporin）」。

離子通道參與許多生理的作用，其導電的特性吸引研究者以物理及化學的方法，定性地及定量地了解生命現象。水分的調節對所有生物體都極其重要，水通道的發現使世人更了解水分運輸的生理及病理機制。

到底什麼是離子及水通道呢？細胞膜由「雙層脂質」（lipid bilayer）所組成，為細胞與外界的屏障。它的主要功能是維持細胞內的環境在最佳狀態、避免重要物質流失。但是細胞又必須與外界溝通，這時候就必須靠細胞膜上的一些蛋白質。離子及水通道分別為細胞膜上讓離子及水分子通透的蛋白質，其作用及研究的歷史分述如下：

麥金農
開啟離子通道的原子機制研究

細胞內外分佈著不同濃度、帶不同電荷的離子，如鉀、鈉、鈣、氯。當細胞膜上的離子通道開啟，離子會隨細胞膜電位及其濃度差值而出入細胞。因為離子帶有電荷，所以當它們流動時就會產生電流並造成細胞內外電位改變。離子在對的地點及對的時間通過對的通道，會產生快速又精確的訊息，以控制包括神經傳導、心臟有規律的跳動、血管的收縮、及荷爾蒙的分泌等生理現象。那麼離子通道有什麼特質使他們能當任如此重要的任務呢？

目前已知的離子通道絕大多數有離子選擇性，比如說鉀通道能讓鉀離子通過而不讓其他離子通透。離子在水溶液中被水分子所包覆，因通道寬度有限，離子通過時必須失去一些水分子。然而這個步驟需耗費相當大的能量，除非通道給予相當的包覆，否則離子無法順利通過。於是篩選的機制就看那個離子能與通道緊密「接合」（coordinate）。在有選擇性的同時，鉀離子又以約每秒一億個通透。這二個看似難以相容的特性，一直是研究的重點。從1950年代起， Hodgkin 及 Huxlery開始研究什麼是離子通道及其生理功能。他們與Eccles因研究神經細胞膜的訊息傳導之離子機制而獲得1963年生理/醫學諾貝爾獎。

離子通道導電的性質吸引了研究者引進物理及化學方法從事研究。1980年代Neher & Sakmann 發明出測量單一離子通道(電流只有10-12安培)的方法。二人因此貢獻獲得1991年生理/醫學諾貝爾獎。隨後不同的研究團隊又將離子通道的DNA 選殖(clone)出來。離子通道研究從此進入了更精細的分子研究領域。此階段主要研究離子通道的功能是如何及為何產生。

1990年代初，麥金農及其合作者發現了鉀通道中用來篩選離子的幾個「標記胺基酸序列」（signature sequence），並對鉀離子通道篩選的分子機制作出說明。然而離子通道的全面貌卻因為缺乏結構的資訊而無法解開。要決定結構必須有大量純度極高的蛋白質，這對於屬細胞膜蛋白質的離子通道是很難的挑戰。1998年麥金農及其團隊卻克服了這個挑戰生物物理學家多年的大難題，成功地將一種細菌上的鉀通道KcsA channel純化，並決定了其立體結構，揭開了離子通道的原子機制研究之序幕。

圖一為鉀通道篩檢處的縱切面，綠色代表在通道的二個鉀離子，結構上顯示signature sequence(TVGYG)形成的篩子能與鉀離子完美結合 (鈉離子則因為太小，結合時耗能過多所以不適合)。