膜受体介导的信号转导系统
在膜受体介导的信号转导途径中，胞外信号分子和膜受体都不能进入细胞内，信号的转导是通过小分子物质充当第二信使（胞内信使）而发挥作用的。胞内信使的作用范围广泛，控制着各种细胞活动，包括生长分裂、代谢、游走、吞噬、分泌、收缩和电活动等。
（一）cAMP信号转导通路
1.细胞外信号分子 此类信号转导途径中的细胞外信号分子包括肾上腺素、促肾上腺皮质激素、胰高血糖素、神经递质、细胞因子等。当机体受到刺激作用时，激素分泌增加，与其相应受体结合，进而激活G蛋白（见本章G蛋白的活化部分）。
2.cAMP的产生——腺苷酸环化酶系统 G蛋白的下游效应蛋白通常是离子通道或与膜结合的酶，如AC、磷脂酶C（phospholipase C，PLC）等。
在Gs型G蛋白通过AC进行的信号转导通路中，活化的Gs型G蛋白α亚基与βγ二聚体解离，暴露出与AC结合的位点，与AC结合后使其活化，这一过程还需Mg2+、Mn2+的存在。活化的AC分解ATP生成cAMP。
3.cAMP的靶分子 cAMP作为一种主要的第二信使可激活下游众多靶分子，如PKA、某些离子通道等。
（1）PKA：是cAMP最主要的效应分子（见本章蛋白激酶A部分），其催化的底物非常广泛，包括多种酶、离子通道、结构与调节蛋白、转录因子等。cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）是能被PKA磷酸化的重要蛋白，存在于胞核中，当PKA被cAMP激活后，PKA的催化亚基可从胞质进入胞核，并使CREB发生磷酸化修饰而激活，参与基因的转录调节。
在不同类型的细胞中，PKA作用的底物蛋白可能不同，cAMP引起的生物学效应也不相同，如cAMP浓度上升可使成纤维细胞增殖停止，但却是上皮细胞增殖加速。
（2）环化核苷酸门控阳离子通道：某些具有环核苷酸结合位点的阳离子通道（cyclic nucleotide-gated cation channel，CNC）在将细胞外信号传递至胞内的过程中，可直接与cAMP结合并受其调控，而不经过磷酸化级联反应，如嗅觉感受器中气味经特异性嗅觉受体门控阳离子通道、心脏窦房结起搏细胞的离子通道等。
（3）鸟苷酸交换因子：某些鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factors，GEF）也是cAMP结合蛋白，受cAMP调控。这些GEF依赖于cAMP的调控，能选择性地激活鸟苷酸结合蛋白Ras超家族的成员——Rap1a和Rap1b，但不依赖于PKA。
4.cAMP信号的灭活 一方面与细胞表面受体的下调和AC的失活有关，另一方面依靠环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase，PDE）的分解作用，分解成5'-AMP而灭活。
综上所述，cAMP信号转导通路的过程可归纳为：胞外的刺激信号或抑制信号分别与相应受体结合，通过Gs和Gi，传递给AC，使其活化或抑制；AC被激活后，催化胞质中的ATP生成cAMP，cAMP作为第二信使激活PKA，使其下游靶蛋白发生磷酸化级联反应，从而调节细胞代谢、基因表达；而cAMP最终被PDE分解灭活，信号终止。整个信号转导过程，不仅将胞外信号的信息传递至胞内，更是通过胞内信使的级联放大效应，使少量胞外信使转化成大量胞内效应分子，完成细胞的一个明显生理效应。此外，在级联反应过程中，每个蛋白质都可以作为调节的对象，使得细胞代谢、基因表达等活动成为一个完善的多级调控系统（图1-9-5）。
图1-9-5 cAMP-PKA途径
（二）肌醇三磷酸、二酰甘油介导的信号转导
该信号系统主要以质膜中的磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2）、磷脂酰肌醇4磷酸（phosphatidylinositol-4-phosphate，PIP）和磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）的代谢为物质基础，衍生新的第二信使IP3和DAG，介导许多重要的生物过程，如受精、细胞增殖、分泌、平滑肌收缩等。
1.细胞外信号分子 此类信号转导途径中的细胞外信号分子包括促甲肾上腺素释放激素、去甲肾上腺素、抗利尿素等。(https://www.daowen.com)
2.IP3和DAG的产生 当细胞外信号分子作用于靶细胞相应受体时，由G蛋白介导，活化膜中的磷脂酶C（phospholipase C，PLC），继而催化质膜中的PIP2、PIP或PI生成IP3和DAG。
IP3是水溶性小分子，它在细胞质中能识别并结合内质网的IP3受体，使其构象发生改变，使Ca2+离子通道开放，最终引发细胞运动、肌肉收缩、染色体移动、神经递质合成与释放等。
在静息状态的细胞中，PKC（见本章蛋白激酶C部分）存在于胞质中，活性很低。当细胞受到刺激时，生成的DAG可促使PKC与质膜上的磷脂酰丝氨酸结合，使其从胞质转移到胞膜上而激活。PKC调节的细胞效应极其广泛，如调节细胞跨膜物质运输、生物活性物质的合成与分泌、糖代谢、基因转录及蛋白质合成等（图1-9-6）。
图1-9-6 磷脂酰肌醇信号通路
3.IP3和DAG的灭活与降解 IP3在5'-磷酸酶作用下水解成IP2，或在胞质PI3K作用下，由ATP提供磷酸基团被磷化，生成IP4。IP4也有第二信使功能，其最后也可被5'-磷酸酶逐步降解，脱磷酸生成肌醇。
DAG的降解有2条途径，或是被DAG激酶磷酸化生成磷脂酸，进一步合成PI；或是在磷脂酶A2的作用下释放出花生四烯酸，继续合成前列腺素等活性物质。
（三）钙离子介导的信号通路
细胞内的钙以结合态与游离态（Ca2+）两种形式存在，其中绝大部分为结合态，主要分布在细胞核、线粒体、内质网/肌质网和质膜；游离Ca2+浓度很低，为10-8～10-7mol/L，比胞外钙离子浓度低104～105倍。细胞游离Ca2+的分布与转移是形成Ca2+的信号基础，其信使作用是通过Ca2+浓度的升高或降低来实现的。当细胞受到特异性信号刺激后，细胞内钙库（内质网、肌质网等）的钙通道或质膜上的钙通道开放，致使胞内钙离子浓度在瞬时快速升高，可达10-6mol/L，由此产生的钙信号使细胞内某些酶的活性和蛋白质功能发生改变，进而产生细胞效应。
1.质膜上的钙转移系统 质膜上主要存在2个Ca2+转移系统。
（1）钙泵：又称Ca2+-ATP酶，是一种疏水的膜结合蛋白质，内含钙调蛋白（calmodulin，CaM）结合和激酶磷酸化位点，当结合上CaM或被激酶磷酸化后可暴露出活性中心而使钙泵活化。
（2）Na+/Ca2+交换器：该交换器主要分布在心肌细胞、神经细胞等可兴奋性细胞膜上，依赖于Na+/K+ATP酶形成的跨膜Na+电化学梯度从胞内排出Ca2+，维持细胞内Ca2+稳态。
2.内质网/肌质网钙转移系统 在某些类型的细胞中，细胞内膜系统运送Ca2+的能力远远超过质膜。
（1）内质网钙泵：内质网/肌质网上的Ca2+泵在细胞快速转移Ca2+上起主要作用，主要是依赖CaM和cAMP的蛋白激酶使其活化，快速转移Ca2+进入内质网。
（2）线粒体钙转移系统：Ca2+进入线粒体依靠单向转运体，依赖线粒体呼吸代谢过程中形成的膜内负电位，使带正电荷的Ca2+顺电位梯度向线粒体内移动。由于线粒体运输膜面积很大，其对Ca2+的运输量甚至超过了内质网。当线粒体吸收大量Ca2+后，可通过与质膜上相同的Na+/Ca2+交换器缓慢释放出Ca2+。
3.钙信号的传递途径 Ca2+作为细胞内的一种重要第二信使，同样要与其靶分子作用而传递信息，继而产生生理反应。Ca2+信使的靶分子或受体包括钙结合蛋白和Ca2+调节蛋白，活化后可调节细胞收缩、运动、分泌和分裂等重要生理活动。