Pembawa pesan kedua adalah molekul pensinyalan intraseluler kecil yang menyampaikan dan memperkuat sinyal dari reseptor permukaan sel seperti reseptor G protein-coupled ke target intraseluler. Mereka diproduksi atau dilepaskan sebagai respons terhadap aktivasi reseptor dan berdifusi untuk mengaktifkan efektor hilir.
cAMP
cAMP disintesis dari ATP oleh adenilil siklase, protein membran integral yang diaktifkan oleh G-alfa-s dan dihambat oleh G-alfa-i. Kadar cAMP meningkat dalam hitungan detik setelah aktivasi reseptor dan dengan cepat dikembalikan ke garis dasar oleh fosfodiesterase yang menghidrolisis cAMP menjadi AMP. Efektor utama cAMP adalah protein kinase A, yang memfosforilasi residu serin dan treonin pada protein target.
PKA memfosforilasi berbagai substrat, termasuk enzim metabolik seperti fosforilase kinase, lipase sensitif hormon, dan piruvat kinase. Di nukleus, PKA memfosforilasi faktor transkripsi CREB pada serin 133, yang merekrut koaktivator CBP dan mengaktifkan transkripsi gen yang mengandung elemen respons cAMP. Exchange protein yang diaktifkan cAMP adalah efektor cAMP tambahan yang mengaktifkan GTPase kecil Rap1.
cGMP
cGMP disintesis dari GTP oleh guanilil siklase, yang ada dalam bentuk terikat membran dan larut. GC terikat membran diaktifkan oleh peptida natriuretik seperti peptida natriuretik atrium. GC larut diaktifkan oleh oksida nitrat, yang mengikat gugus hemnya. cGMP dihidrolisis oleh fosfodiesterase spesifik.
cGMP mengaktifkan protein kinase G, yang memfosforilasi target yang terlibat dalam relaksasi otot polos, inhibisi trombosit, dan fototransduksi. Dalam sistem visual, cGMP secara langsung mengikat dan membuka saluran ion di fotoreseptor batang. Jalur pensinyalan cGMP ditargetkan oleh obat-obatan termasuk sildenafil, yang menghambat PDE5 spesifik cGMP, memperpanjang vasodilatasi yang dimediasi NO.
Kalsium
Kalsium adalah salah satu pembawa pesan kedua yang paling serbaguna, mengatur proses dari kontraksi otot hingga ekspresi gen. Konsentrasi kalsium sitoplasma dipertahankan pada sekitar 100 nanomolar saat istirahat, lebih dari 10.000 kali lebih rendah daripada konsentrasi ekstraseluler. Gradien curam ini memungkinkan masuknya kalsium cepat melalui saluran yang terbuka.
Sinyal kalsium dihasilkan oleh dua mekanisme. Influx dari ruang ekstraseluler terjadi melalui saluran kalsium berpintu tegangan, saluran berpintu ligan, dan saluran yang dioperasikan penyimpanan. Pelepasan dari penyimpanan intraseluler, terutama retikulum endoplasma, terjadi melalui reseptor IP3 dan reseptor ryanodin. Sinyal kalsium dihentikan oleh ATPase kalsium yang memompa kalsium kembali ke RE atau keluar dari sel.
Efek kalsium dimediasi oleh protein pengikat kalsium. Kalmodulin adalah yang paling ada di mana-mana, mengikat empat ion kalsium dan mengalami perubahan konformasi yang memungkinkannya mengaktifkan protein target termasuk CaM kinase, kalsineurin, dan kinase rantai ringan miosin. Troponin C memediasi kontraksi otot yang dipicu kalsium di otot lurik.
Inositol Trifosfat dan Diasilgliserol
IP3 dan DAG diproduksi secara bersamaan oleh pembelahan yang dimediasi fosfolipase C dari fosfatidilinositol 4,5-bifosfat. IP3 larut dalam air dan berdifusi ke RE, di mana ia mengikat reseptor IP3 dan memicu pelepasan kalsium. Sinyal kalsium dapat merambat sebagai gelombang melintasi sel dan menunjukkan pola spatiotemporal yang kompleks termasuk osilasi.
DAG tetap di membran plasma, di mana ia membantu merekrut dan mengaktifkan protein kinase C. PKC juga bergantung pada kalsium dan fosfatidilserin. Isoform PKC yang berbeda memiliki sifat regulasi dan distribusi jaringan yang berbeda. PKC memfosforilasi beragam target yang mengatur pertumbuhan sel, diferensiasi, apoptosis, dan sekresi.
Fosfoinositida
Fosfatidilinositol dapat difosforilasi pada posisi 3, 4, dan 5 dari cincin inositol untuk menghasilkan tujuh spesies fosfoinositida yang berbeda. Fosfolipid ini terkonsentrasi di domain membran spesifik dan berfungsi sebagai situs tambatan untuk protein dengan domain pengikat fosfoinositida. PIP2 adalah fosfoinositida yang paling melimpah di membran plasma. PIP3, yang dihasilkan oleh PI3K, merekrut AKT dan protein lain yang mengandung domain PH. Fosfatase fosfoinositida seperti PTEN dan SHIP secara negatif mengatur pensinyalan PI3K.
Oksida Nitrat
Oksida nitrat adalah pembawa pesan kedua gas unik yang disintesis dari arginin oleh oksida nitrat sintase. Ia berdifusi bebas melintasi membran dan tidak dapat disimpan. NO mengaktifkan guanilil siklase larut dengan mengikat besi hemnya, meningkatkan produksi cGMP. Pensinyalan NO dihentikan oleh difusi menjauh dari target dan oleh reaksi dengan hemoglobin. NO memediasi vasodilatasi, neurotransmisi, dan pertahanan imun. Nitrogliserin yang digunakan untuk angina diubah menjadi NO, sementara sildenafil memperpanjang pensinyalan NO-cGMP.
