腺苷酸环化酶系统
腺苷酸环化酶系统属于跨膜信号转导的非催化机制，包含三个主要成分：受体（R蛋白）、G蛋白和酶腺苷酸环化酶。受体可分为兴奋性受体（Rs）或抑制性受体（Ri）。G蛋白由三个亚基组成——α、β和γ；在非激活状态下，GDP分子与α亚基结合。
激活过程由激素与Rs蛋白结合启动，这会改变其构象并确保与α亚基接触。α亚基失去对GDP的亲和力，获得对GTP的亲和力。结合GTP后，α亚基从βγ复合体上分离，并通过侧向扩散移动至腺苷酸环化酶。形成的α-GTP–腺苷酸环化酶复合体催化ATP转化为cAMP。
cAMP与蛋白激酶A的调节亚基结合，导致其解离并激活催化亚基。蛋白激酶A消耗ATP，通过丝氨酸和苏氨酸残基对靶蛋白进行磷酸化。系统的失活由α亚基固有的GTP酶活性来实现：GTP水解为GDP，α亚基返回并与βγ复合物结合。当与Ri蛋白相互作用时，αi-GTP抑制腺苷酸环化酶，cAMP浓度降低，蛋白激酶A重新复合，蛋白质磷酸化减少。
肌醇磷酸系统
该系统同样属于非催化型，包含受体、Gq蛋白和磷脂酶C（PLC）。α亚基的激活原理与前述相同：结合GTP、从βγ复合体脱离并激活PLC。
磷脂酶C水解膜上的磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP₂），生成两个第二信使：留在膜内的二酰甘油（DAG）和进入胞质的肌醇-1,4,5-三磷酸（IP₃）。
- IP₃与内质网的钙通道结合，导致其开放；Ca²⁺离子顺浓度梯度进入胞质。
- Ca²⁺与钙调蛋白结合（有4个结合位点），形成的复合物可激活Ca²⁺-钙调蛋白依赖性蛋白激酶，进而通过丝氨酸和苏氨酸对蛋白质进行磷酸化。
- Ca²⁺与DAG及磷脂酰丝氨酸共同激活蛋白激酶C，同样通过丝氨酸和苏氨酸磷酸化蛋白质。
催化型受体：胰岛素与ANP
催化型受体包括胰岛素受体和心房钠尿肽（ANP）受体。胰岛素受体是由两个α亚基和两个β亚基组成的四聚体；β亚基具有酪氨酸激酶活性。
当胰岛素与α亚基结合时，β亚基发生酪氨酸残基的自身磷酸化，并磷酸化IRS蛋白（胰岛素受体底物）。信号级联反应的效应：
- 通过将GLUT-4嵌入膜中，增加胰岛素依赖性组织中的葡萄糖转运；
- 激活使糖原合成和糖酵解酶类去磷酸化的磷酸蛋白磷酸酶；
- 激活降解cAMP并抑制腺苷酸环化酶系统的磷酸二酯酶；
- 改变特异性蛋白质的基因表达。
鸟苷酸环化酶系统用于ANP。受体本身就是鸟苷酸环化酶；配体结合时，催化GTP转化为cGMP。cGMP激活磷酸化靶蛋白的蛋白激酶G（蛋白激酶A的同类物）。
细胞内受体
疏水性激素（例如皮质醇及其他类固醇）可自由穿过细胞质膜并与细胞内受体结合。激素-受体复合体进入细胞核并与DNA的特定区域相互作用：
- 与增强子结合可提高相应基因的转录；
- 与沉默子结合可抑制转录。
蛋白质合成速率的改变导致细胞代谢的重新调整。该途径是类固醇激素和甲状腺激素的特征。
信号传递途径的选择与激素示例
所用系统的类型由激素的理化性质决定。亲水性激素不能穿过脂双层，而是通过膜受体（腺苷酸环化酶系统、肌醇磷酸系统、催化型系统）发挥作用。疏水性激素穿过细胞膜，通过细胞内受体发挥作用。
- 腺苷酸环化酶系统：肾上腺素（通过β受体）、胰高血糖素。
- 肌醇磷酸系统：血管紧张素II、肝脏中的肾上腺素（α₁受体）、平滑肌中的V₁受体ADH（加压素）。
- 催化型受体：胰岛素（酪氨酸激酶型）、ANP（鸟苷酸环化酶型）。
- 细胞内受体：皮质醇及其他类固醇激素。
关键要点
- 腺苷酸环化酶系统和肌醇磷酸系统属于非催化型，胰岛素受体和ANP受体属于催化型。
- G蛋白的α亚基具有GTP酶活性，这保证了系统的自我失活。
- 第二信使包括cAMP、cGMP、IP₃、DAG和Ca²⁺离子。
- 磷脂酶C将PIP₂水解为IP₃和DAG；IP₃动员内质网释放Ca²⁺。
- 胰岛素受体具有酪氨酸激酶活性，并激活GLUT-4嵌入细胞膜。
- 蛋白激酶A、G、C以及Ca²⁺-钙调蛋白依赖性蛋白激酶通过丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化蛋白质。
- 亲水性激素通过膜受体发挥作用，疏水性（类固醇）激素通过细胞内受体发挥作用。
- 类固醇激素通过与DNA的增强子或沉默子结合来调节转录。