细胞信号转导系统
植物细胞信号转导的分子途径
植物细胞信号转导的分子途径你知道吗，植物也有它们的“情报系统”？这可是比你想象的要复杂得多哦！说起植物细胞信号转导，它就像是植物之间的“无线电通讯”系统，负责帮助它们传递各种各样的信息。
像什么“天啊，太干了！快点浇水！”或者“嘿，快点分泌点防御物质，敌人来了！”这些都得靠它们的信号系统来搞定。
你看，植物的世界其实比我们想象中的要忙碌得多。
那到底是怎么回事呢？植物细胞并不是傻乎乎的，它们能够感知外界的环境变化。
比如说，阳光强了，或者空气干燥，植物的细胞会立刻收到“警报”。
这时候，它们就开始启动一种叫“信号转导”的机制，传递信息到植物的每一个角落。
你可以把它想象成一个超级敏锐的警报系统，随时监听着外界的一切动静。
一旦感受到威胁，信号立马发射，保证植物能够做出反应。
植物细胞信号转导的过程中，最重要的角色就是那一大堆的“受体”。
这些受体就像是细胞表面的门卫，一旦它们感知到某种特定的信号，立马通知细胞内部。
比如，植物感受到光线的变化时，它们的光受体会立刻把这个信息传递给细胞，让植物做出反应。
你可以想象成，植物细胞的每一个“受体”就像是细胞表面的一扇扇小门，外面的“信号”一来，门就开了，细胞开始动起来。
然后，信号通过受体进入细胞内部，开始了一系列的“接力赛”。
这时，信号转导的“主角”就是一群叫做“分子”的小家伙。
它们就像是细胞里的小信使，每次传递信息的时候，都要靠精密的配合。
一个分子收到信号后，会触发下一个分子的反应，直到信号传递到细胞的最深处，启动植物所需要的反应。
你可以把它想象成一个足球赛，每个分子都像是场上的球员，接力传球，最终把“球”送进“球门”。
这个过程中的关键分子叫做“第二信使”，就像是小小的“通信员”。
当外界的信号到达细胞表面的受体时，细胞内部就开始产生这些“第二信使”。
它们的任务就是迅速在细胞内部传递信息，像是在细胞里传送一封封“情报”。
这些“情报”能激活各种酶，改变细胞的活动状态。
比方说，有时候这些信号可能会告诉植物：赶紧生产更多的抗病物质；有时候可能会提醒植物：让根部加速生长；甚至可能让植物在缺水的情况下保留水分。
细胞的信号转导
一、细胞信号转导概述（一）信号转导的概念在多细胞生物体中，细胞间的信号转导(signaltransduction)与交换对细胞的生存非常重要。
细胞的信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子，并产生生物效应的过程。
通常所指的信号转导是指跨膜信号转导(transmembrane signal transduction)，即生物活性物质（如神经递质、激素、细胞因子等）通过受体或离子通道的作用，将其转变为细胞内各种分子数量、分布或活性的变化，从而对细胞的功能、代谢、生长速度、迁移等生物学行为产生影响。
（二）信号转导系统的基本组成细胞信号转导系统通常由信息分子(signaling molecule)、受体(receptor)、转导体(transducer)及效应体(effector)四个环节组成。
信息分子的受体位于靶细胞的质膜上、胞质或核内，与之相结合的相应信息分子统称为配体(ligand)。
配体与受体的结合可诱导受体的构象发生变化，激活转运体，进而启动细胞内的信息转导途径（如效应体的级联反应），最终导致细胞功能的改变。
（三）信号转导的主要途径根据介导的配体和受体的不同，信号转导可分为两大类，一类是水溶性配体或物理信号作用于膜受体，随后经历跨膜和细胞内信号转导体的依次作用，最终作用于效应体，产生效应。
依据膜受体特性的不同，这类信号转导又有多种通路，主要是由离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联受体和招募型受体介导的信号转导。
另一类是脂溶性配体直接与胞质受体或核受体结合而发挥作用，这类方式通常都是通过影响基因表达而产生效应。
应当注意到膜受体介导的信号转导也大多可以影响转录因子的活性而改变基因的表达。
（四）信号转导途径间的交互联系细胞信号转导通路的细节非常复杂，涉及蛋白质等相互作用以及相关基因表达的过程，而且各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成错综复杂的信号网络(signaling network)。
细胞的信号转导
4. 自分泌信号：与上述三类不同的是，信号发放细胞和靶
细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。
从溶解性来看又可分为脂溶性和水溶性两类：
脂溶性信号分子：如甾类激素和甲状腺素，可直接穿膜进入靶细胞 ，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。
其共同特点是： ①特异性 ②复杂性 ③时间效应
按产生和作用方式分：
1. 激素 ：内分泌信号，经血液或淋巴循环转运，作用距离
远、范围大、持续时间长。如：胰岛素、甲状腺素、肾 上腺素等
2. 神经递质：突触分泌信号，作用时间、距离短，如： 乙
酰胆碱、去甲肾上腺素等
3. 局部化学介质 ：旁分泌信号，通过细胞外液介导，作用
参与G蛋白偶联受体进行信号转导的第二信使有cAMP 、cGMP、三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DAG ）、Ca2+等。第二信使的作用是对胞外信号起转换和 放大的作用。
（一）cAMP信号途径
1、刺激性/抑制性激素和相应受体
Gs/ Gi
腺苷酸环化酶（AC）：跨膜12次，在G蛋白激 活下，催化ATP生成cAMP。
Adenylate cyclase
2、依赖cAMP的蛋白激酶A（Protein Kinase A， PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。
•cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离， 释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。
3、环核苷酸磷酸二酯酶(PDE)：降解cAMP生成5’-AMP ，终止其信号功能。
量氯离子和水分子持续转运入肠腔 ，引起严重
腹泻和脱水。
四、蛋白激酶功能异常
肿瘤促进剂佛波酯与DAG结构类似，取代其与 PKC结合而活化PKC，但不被降解，从而使PKC 不可逆活化，细胞不可控的生长、增殖。
第八章-细胞信号转导
• 化学信号根据其溶解性分为: 亲脂性信号分子：分子小、疏水性强、可透膜与胞内受体结合。
如甾类激素、甲状腺素… 亲水性信号分子：分子较大、亲水性强、不能透膜、只能与胞 外受体结合。如神经递质、生长因子、局部化学递质、大多数 激素… 气体性信号分子(NO)：可以透膜直接激活效应酶。
• 化学信号根据作用方式分为： 内分泌信号、旁分泌信号、突触信号、接触依赖性信号 P220
接触性依赖的通讯
细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白。这种通讯方式 在胚胎发育过程中对组织内相邻细胞的分化具有重要作用。（胚胎诱导）
P218
细胞通讯方式
通过胞外信号介导的细胞通讯步骤
①信号分子的产生; ②运送信号分子至靶细胞; ③信号分子与靶细胞受体特异性结合,并激活 受体; ④活化受体启动胞内一种或多种信号转导途 径; ⑤引发细胞功能、代谢或发育的改变; ⑥信号的解除并导致细胞反应终止。
G-蛋白耦联的受体（G-protein-linked receptor）
酶连受体（enzyme-linked receptor） 受体的两个功能区域：配体结合区（结合特异性）
效应区（效应特异性）
P221
亲水性信号
胞 外 受 体
亲脂性信号
胞 内 受 体
胞外受体和胞内受体
三种类型的细胞表面受体
NO合酶 (NOS)
L-Arg+NADPH
NO+L-瓜氨酸
• NO没有专门的储存及释放调节机制，靶细胞上NO的多少 直接与NO的合成有关。
P229
Guanylate cyclase
内源性 NO 由 NOS 催化合成后，扩散到邻近细胞，与鸟苷酸环化酶活 性中心的Fe2+结合，改变酶的构象，导致酶活性的增加和cGMP 合成增 强。 cGMP作为第二信使介导蛋白质的磷酸化，引起生理生化反应。
细胞生物学第八章细胞信号转导
信号蛋白：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 转承蛋白：负责将信息传给信号链的下一组分。 信使蛋白：携带信息从一部分传递到另一部分。 接头蛋白：起连接信号蛋白的作用。 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成，介导产生级联反 应。 传感蛋白：负责信号不同形式的转换。 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径。 整合蛋白：从 2 条或多条信号途径接受信号，并在向下传递之前进 行整合。
2、受体
受体：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大 分子，绝大多数都是蛋白质且多为但蛋白，少数受体是糖脂，有的受 体是糖蛋白和糖脂组成的复合物。 （1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为 细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小 的脂溶性信号分子。
c、间隙连接通透性的调节：
意义：间隙连接对小分子的通透能力具有底物选择性。因此通过掌握调节间 隙连接通透性的途径有助于对信号分子的传递调控。 特性： 1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2 、组织特异性： 由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性 和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透 功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙 连接时，连接子没有通透功能。
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转导系统的基本组成与信号蛋白 信号转导系统： 1、不同形式的胞外的信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别。 2、胞外信息通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生 细胞内第二信使或活化的信号蛋白。 3、信号放大：信号传递至胞内效应器蛋白，引发细胞内信号放大 的级联反应，使信号逐级放大。 4、启动反馈机制从而终止或降低细胞反应。
细胞内信号转导系统的结构和功能分析
细胞内信号转导系统的结构和功能分析细胞内信号转导系统（cellular signaling pathway）是指细胞内的一系列复杂的生化反应，通过细胞内的信号传递，在细胞内部生化机制的控制下，将外界信息传输到细胞内部的靶位点来进行生理功能调节。
这个系统对于生物体内的正常生长、发育、维护平衡以及抗病抗压等方面都具有重要的意义。
因此，对于学习和深入研究这个系统的结构和功能有着重要的意义。
1.信号转导系统的分类和作用信号传导系统主要分为内源性和外源性两类。
内源性信号传导系统是指一些生化反应物质，如蛋白质、脂质或核酸等，转移已经刺激了外部的基因，将这些刺激的信息转化为内部信号从而引发细胞内反应的生化途径。
而外源性信号传导系统则是指身体对环境或沟通的一些反应，如例子，抵抗外来病原体菌体的侵袭或细胞内的代谢功能。
这两个系统的共同作用，使人体能够接收身体内外的信息并调节身体的生理状态。
2.信号转导系统的结构信号传导系统主要包括基因、拓扑映射、蛋白质、糖、酸和其他生化反应物质等方面的分子。
这些分子构成了一个庞大的复杂系统，涉及到细胞外受体、嵌合蛋白、激酶等多种蛋白质和其他配合物质的作用与合作。
具体来讲，内源性信号传导系统主要包括如下三个部分：外源性刺激物质―受体―信号传导蛋白。
在整个系统中，以受体和信号传导蛋白为核心，通过细胞内的信号传递，将外界信息转化为细胞内部的反应，进一步调控细胞的生理状态。
不过，在不同类型的信号传导系统中，其中的结构和组成也有所不同。
例如，外源性信号传导系统主要包括细胞膜受体、细胞核受体、细胞内受体和细胞间受体等。
其信号传导方式包括了酶依赖型、酶无依赖型、离子依赖型等多种方式。
3.信号转导系统的作用信号转导系统不仅对人体内部的正常生长、发育有重要影响，同时在人体免疫反应、代谢功能、精神状态等方面也发挥着重要作用。
作为维持人体内正常生物反应对环境的适应之策，信号转导系统具有以下几个重要的作用。
细胞信号转导原理
（二）肌醇磷脂（PL）-PLC信号转导系统 胞外信号+膜受体，通过Gq型G蛋白耦合 激活PLCβ，将磷脂酰肌醇4,5-二磷酸分解为 三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）。 1、PLC-IP3- Ca2+信号转导途径 IP3本身即Ca2+通道，通过影响膜和内质 网跨膜Ca2+转运 2、PLC-DG-PKC信号转导途径 Ca2+，磷脂酰丝氨酸（PS）、DG与PKC 结合成活化的PKC· PS4· DG· Ca2+复合物， PKC激活后可对其底物磷酸化。
2、按解剖学定位：膜受体，核受体。 3、按受体跨膜信号转导机制分类： ① G蛋白偶联受体 ② 受体门控离子通道 ③ 配活性受体 4、按受体的氨基酸序列分类： ① G蛋白偶联受体 ② 离子通道偶联受体 ③ 生长因子受体 ④ 细胞因子受体 ⑤ T细胞抗原受体
激素神经递质及局部调质等的受体活在整个信号转导过程中每个激活的受体可激活多个g蛋白每个g蛋白激活一个ac每个ac可催化生成大量campcamp又通过apk以及随后的酶激活系列转化大量酶底物因此信号得以放膜结合型gc使gtp形成camp而把胞外信号转化为胞内信号胞浆可溶性gc由no或co激活发挥多种功能3胞内cgmp的信使作用4cgmp还通过gpk调节靶酶靶蛋白和生理功能膜脂不但起屏障作用在细胞信号传递中也起重要作用其中肌醇磷脂最重要
五、蛋白激酶 大多数第一信使→第二信使水平↑→激 活蛋白激酶→底物蛋白质磷酸化 — 特定 生物学效应。 *蛋白质磷酸化作用是生物调节最基本和 最重要的公共通路。 *蛋白质磷酸化系统组成：蛋白激酶、蛋 白磷酸酶和它的底物蛋白质。 （一）丝氨酸/苏氨酸激酶家族 1、cAMP依赖的蛋白激酶 APKI APKⅡ
细胞信号转导的作用及其调控机制
细胞信号转导的作用及其调控机制细胞信号转导是细胞内部相互联系的基本方式之一，它负责细胞内的物质运输、细胞分化、细胞凋亡等重要生命过程。
本文将详细介绍细胞信号转导的作用及其调控机制。
一、细胞信号转导的作用细胞信号转导（Cellular Signaling）系统是由细胞内外的信号分子所组成的信号网络。
它涉及到一系列分子的交互作用，包括细胞表面的受体蛋白、传导蛋白、能反转信号的蛋白等，其作用可以分为以下几类：1. 传递外部刺激细胞信号转导系统可以传递外部刺激，使得细胞产生一系列反应。
例如：一些激素可以通过细胞膜上的受体，进而激活内部一系列的信号分子，使得细胞内的代谢活性增强。
2. 调控生物作用通过对不同级别上的信号转导分子进行磷酸化、去磷酸化，可以有效调控细胞内一系列复杂的生化反应。
3. 反应器细胞信号转导系统还可以在一定程度上发挥反应器的作用。
当细胞受到外部刺激时，系统会快速反应并将外部刺激转化为相应信息，输入到下一个级别。
二、细胞信号转导的基本过程信号转导过程可以分为三个基本步骤：信号接受、传导和反应。
其中，信号接受、传导环节比较复杂。
1. 信号接受在细胞膜外一般呈现为受体蛋白（Receptors），而在细胞膜内或细胞内则是蛋白质间的相互作用、蛋白质受体等多种形式。
信号从膜外到膜内，原则上是通过受体蛋白或膜上通道的情况下进入到细胞内。
细胞膜一般是一个由排列整齐的磷脂分子组成的双层结构，在日常生活中，细胞外的各种环境因素通过各种途径侵入到这一层双层结构之外，并随之产生的化合物进入到细胞内部。
2. 信号传导信号传导环节包括信号分子落地和信号转移两个部分。
信号分子落地指的是外界的信号分子被识别和结合，从而在细胞内部产生一些化学改变，进而影响其他一些分子的状态。
其中受体蛋白在这一环节具有关键的作用。
信号转移是信号从受体蛋白中到达下一个部位的过程，这一过程可以在大量细胞蛋白的协调下继续推进。
这些细胞蛋白主要是通过一些结构特殊的“生物跳跃方式”实现的。
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细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面 的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。
信号转导（signal transduction）： 指外界信号（如光、 电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓 度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。
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雄激素受体的配体结合域（Ligand-Binding Domain，LBD）和睾酮，pdbID:2AM9
两种亚型的人类雄激素受体（AR-A和受体 - B）的结构域 条带上的数字是指从N-端（左）开始的C-末端（右）的氨基酸残基。 NTD= N末端结构域，DBD= DNA结合域， LBD=配体结合域。 AF=激活功能。
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4.受体的分类
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1)胞内受体
胞内受体（intracellular receptor）位于细胞 液或细胞核内，通常为单纯蛋白质。
某些激素进入细胞后，能与特异性的胞内受体 结合形成活性复合物，作用于染色体DNA，调 节基因表达，从而影响细胞的物质代谢和生理 活动。
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激素
3.局部化学介质
又称旁分泌信号
特点 由体内某些普通细胞分泌； 不进入血循环，通过扩散作用到达 附近的靶细胞； 一般作用时间较短。
例如 生长因子、前列腺素等。
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4.气体信号
例如 * NO合酶（NOS）通过氧化L-精氨酸 的胍基而产生NO *血红素单加氧酶氧化血红素产生的CO
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细胞信息转导系统
主要内容
一
细胞通讯的分子基础
二
主要细胞信号转导途径
三 细胞信号转导过程的基本规律
四 细胞信号转导研究在医学中的意义
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外界环境变化时
单细胞生物——直接作出反应
多细胞生物——通过细胞间复杂的信号传 递系统来传递信息，从而调控机体活动。
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几个容易混淆的概念
细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子， 将信息传递给其它细胞。
1、细胞间信息物质
定义 是由细胞分泌的调节靶细胞生命活 动的化学物质的统称，又称作第一信使。
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化学性质
蛋白质和肽类
（如生长因子、细胞因子、胰岛素等）
氨基酸及其衍生物
（如甘氨酸、甲状腺素、肾上腺素等）
类固醇激素（如糖皮质激素、性激素等） 脂酸衍生物（如前列腺素） 气体（如一氧化氮、一氧化碳）等
绝大部分受体为蛋白质，少数为糖脂。 能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配体
（ligand）。
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2.受体的功能 受体的生物学功能有三个方面： ① 识别与结合； ② 信号转导； ③ 产生相应的生物学效应。
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3.受体的性质
1）高度的亲和力（high affinity）： 2）高度的特异性（high specificity）： 3）可逆性（reversibility）： 4）可饱和性（saturability）： 5）特定的作用模式：
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胞内受体主要包括：
⑴ 类固醇激素受体：
如糖皮质激素受体（GR）、雌激素受体 （ER）、孕激素受体（PR）、雄激素受 体（AR）、盐皮质激素受体（MR）；
⑵ 维生素D3受体（VDR）； ⑶ 甲状腺激素受体（TR）。
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胞内受体通常为单体蛋白，含400~1000个氨
基酸残基，分为四个功能区域：
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第一节 细胞通讯的分子Hale Waihona Puke 础一细胞间通讯方式
二 细胞分泌化学信号的作用方式
三
化学信号的种类
四
受
体
五
细胞信号转导的基本方式
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一 、 细 胞 间 通 讯 方 式
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二 、 细 胞 分 泌 化 学 信 号 的 作 用 方 式
细胞间隙连接
三、化学信号的种类
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根据细胞的分泌方式
1.神经递质 又称突触分泌信号 特点 由神经元细胞分泌；（神经元突触前膜释放） 通过突触间隙到达下一个神经细胞； 作用时间较短。
例如： 乙酰胆碱、去甲肾上腺素等
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根据细胞的分泌方式 2. 内分泌激素
又称内分泌信号 特点
由特殊分化的内分泌细胞分泌 ； 通过血液循环到达靶细胞 ；
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FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription Cell proliferation Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
大多数作用时间较长。
例如 胰岛素、甲状腺素、肾上腺素等
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按内分泌激素的化学组成分为 含氮激素
如肾上腺素、甲状腺素、 促甲状腺激素、 胰高血糖素、胰岛素、生长激素等
类固醇激素 如性激素、皮质醇、醛固酮等
按激素受体的分布部位 胞内受体激素: 甲状腺素、类固醇激素 胞膜受体激素: 除甲状腺素外其他的含氮
细胞信号转导方式 ① 通过相邻细胞的直接接触
② 通过细胞分泌各种化学物质来调节其 他细胞的代谢和功能
具有调节细胞生命活动的化学物质称为 信息物质
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信号转导的一般步骤
特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞
与靶细胞的受体特异性结合
受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统
靶细胞产生生物学效应
※第三信使 负责细胞核内外信息传递的物质，又称
为DNA结合蛋白，是一类可与靶基因特异序 列结合的核蛋白，能调节基因的转录。如立早 基因的编码蛋白质 。
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四、受 体
1.受体概念及基本特性
受体（receptor）是指存在于靶细胞膜上或细胞 内能特异识别与结合生物活性分子（配体），进 而引起靶细胞生物学效应的分子。
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2、细胞内信息物质 定义 第一信号物质经转导刺激细胞内产生的传
递细胞调控信号的化学物质。 组成 无机离子：如 Ca2+
脂类衍生物：如DAG、Cer
核苷酸：如cAMP、cGMP
糖类衍生物：如IP3 （三磷酸肌醇）
信号蛋白分子
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※第二信使
在细胞内传递信息的小分子物质，如： Ca2+、 DAG（二酰甘油）、IP3、Cer、 cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。