第二信使是小的细胞内信号分子，将来自细胞表面受体（例如[G蛋白偶联受体](/guides/g- Protein- Coupled-receptors.html)）的信号传递和放大到细胞内靶标。它们响应受体激活而产生或释放，并扩散以激活下游效应器。

循环 AMP

环 AMP 是通过腺苷酸环化酶从 ATP 合成的，腺苷酸环化酶是一种被 G-α-s 激活并被 G-α-i 抑制的整合膜蛋白。 cAMP 水平在受体激活后几秒钟内上升，并通过将 cAMP 水解为 AMP 的磷酸二酯酶迅速恢复到基线。 cAMP 的主要效应器是蛋白激酶 A，它磷酸化靶蛋白上的丝氨酸和苏氨酸残基。

PKA 磷酸化多种底物，包括磷酸化酶激酶、激素敏感脂肪酶和丙酮酸激酶等代谢酶。在细胞核中，PKA 在丝氨酸 133 处磷酸化转录因子 CREB，从而募集共激活剂 CBP 并激活含有 cAMP 反应元件的基因的转录。由 cAMP 激活的交换蛋白是激活小 GTP 酶 Rap1 的附加 cAMP 效应子。

循环 GMP

环状 GMP 是通过鸟苷酸环化酶从 GTP 合成的，其以膜结合和可溶形式存在。膜结合的 GC 被利钠肽（例如心房利钠肽）激活。可溶性 GC 被一氧化氮激活，一氧化氮与其血红素基团结合。 cGMP 被特定的磷酸二酯酶水解。

cGMP 激活蛋白激酶 G，磷酸化参与平滑肌松弛、血小板抑制和光转导的靶标。在视觉系统中，cGMP 直接结合并打开视杆光感受器中的离子通道。 cGMP 信号通路是西地那非等药物的靶标，西地那非可抑制 cGMP 特异性 PDE5，延长 NO 介导的血管舒张。

钙

钙是最通用的第二信使之一，调节从肌肉收缩到基因表达的过程。静止时细胞质钙浓度维持在100纳摩尔左右，比细胞外浓度低10,000倍以上。这种陡峭的梯度允许钙通过开放的通道快速流入。

钙信号由两种机制产生。来自细胞外空间的流入通过电压门控钙通道、配体门控通道和库操作通道发生。细胞内储存（主要是内质网）的释放通过 IP3 受体和兰尼碱受体发生。钙信号被钙 ATP 酶终止，钙 ATP 酶将钙泵回内质网或泵出细胞。

钙效应由钙结合蛋白介导。钙调蛋白是最普遍存在的，结合四个钙离子并发生构象变化，使其能够激活靶蛋白，包括 CaM 激酶、钙调神经磷酸酶和肌球蛋白轻链激酶。肌钙蛋白 C 介导横纹肌中钙触发的肌肉收缩。

肌醇三磷酸和二酰甘油

IP3 和 DAG 通过磷脂酶 C 介导的磷脂酰肌醇 4,5-二磷酸裂解同时产生。 IP3 是水溶性的并扩散到内质网，在那里它与 IP3 受体结合并触发钙释放。钙信号可以作为波在细胞内传播，并显示出复杂的时空模式，包括振荡。

DAG 保留在质膜中，帮助募集和激活蛋白激酶 C。PKC 还依赖于钙和磷脂酰丝氨酸。不同的 PKC 亚型具有不同的调节特性和组织分布。 PKC 磷酸化调节细胞生长、分化、凋亡和分泌的多种靶标。

磷酸肌醇

磷脂酰肌醇可在肌醇环的 3、4 和 5 位被磷酸化，生成七种不同的磷酸肌醇种类。这些磷脂集中在特定的膜结构域中，并作为具有磷酸肌醇结合结构域的蛋白质的对接位点。 PIP2 是质膜中最丰富的磷酸肌醇。 PIP3 由 PI3K 生成，招募 AKT 和其他含有 PH 结构域的蛋白质。磷酸肌醇磷酸酶（例如 PTEN 和 SHIP）负向调节 PI3K 信号传导。

一氧化氮

一氧化氮是一种独特的气态第二信使，由一氧化氮合酶从精氨酸合成。它可以自由地跨膜扩散并且无法储存。 NO 通过与其血红素铁结合来激活可溶性鸟苷酸环化酶，从而增加 cGMP 产量。 NO 信号传导通过远离靶标的扩散以及与血红蛋白的反应而被终止。 NO 介导血管舒张、神经传递和免疫防御。用于治疗心绞痛的硝酸甘油会转化为 NO，而西地那非则可延长 NO-cGMP 信号传导。