多細胞生物の細胞はさまざまな細胞外化学シグナルによって連絡しあっている。

動物ではホルモンは血液によって遠くはなれた標的細胞のまではこばれるが、それ以外の細胞外シグナル分子のほとんどは、影響する距離がごく短い。隣接細胞は、細胞どうしの直接の接触によって連絡していることが多い。

細胞外シグナル分子は受容体タンパクに結合してそれを活性化し、細胞を刺激する。受容体タンパクはそれぞれ特定のシグナル分子を識別する。

ステロイドホルモンや一酸化炭素など小型で疎水性の細胞外シグナル分子は、拡散によって細胞膜を透過し、細胞内のタンパク質、通常は転写調節因子か酵素を活性化する。

細胞外シグナル分子のほとんどが細胞膜を透過できず、細胞表面にある受容体に結合する。受容体のはたらきで、細胞外シグナルは別の細胞内シグナルにかえられる（シグナル変換）

細胞表面受容体は３つのグループに大別される。１　イオンチャネル共役型受容体、２　Gタンパク共役型受容体、３　酵素共役型受容体　である。

Gタンパク受容体と酵素共役型受容体は、細胞外シグナルに応じて１つあるいはそれ以上の細胞内シグナル伝達経路を活性化し、細胞の挙動を変化させる。

シグナル伝達経路をオフにするのはオンにするのと同程度に重要である。シグナル伝達経路中の各成分は、活性化のあとには次のシグナルに備えるために不活性化あるいは除去されなければならない。

Gタンパク共役型受容体はGタンパクという三量体GTP結合タンパクを活性化する。これは分子スイッチとして働き、オンになっている短時間にシグナルを先へ伝達し、その後結合しているGTPをGDPに加水分解して自身のスイッチを切る。

Gタンパクには細胞膜にあるイオンチャネルを直接調節するものや、アデニル酸環化酵素を直接活性化（あるいは不活性化）して、細胞内の小型メッセンジャー分子である環状AMP濃度を増やす（あるいは減らす）ものがある。

また、ホスホリパーゼCを直接活性化して、小型メッセンジャー分子であるイノシトールトリスリン酸とジアシルグリセロールを作り出すものもある。

イノシトールトリスリン酸は小胞体膜にあるカルシウムイオンチャネルを開放させ、細胞質に遊離のカルシウムイオンを大量放出させる。カルシウムイオンは細胞内小型メッセンジャーとして働き、さまざまなカルシウムイオン応答タンパクの活性を変化させる。

この中にはカルモジュリンが含まれ、さまざまな標的タンパクを活性化する。

環状AMP濃度が上昇すると、タンパクキナーゼAが活性化され、カルシウムイオンとジアシルグリセロールがともにはたらくとタンパクキナーゼCガ活性化する。

PKA,PKC,CaMキナーゼは、標的タンパクの特定のセリンあるいはトレオニン残基をリン酸かして、その活性を変化させる。細胞によって含まれているシグナルタンパクと標的となるエフェクタータンパクの組み合わせが異なるので、影響の受け方も異なってくる。

酵素共役型受容体の多くには、細胞内部に酵素として働く領域がある。それらは多くが受容体チロシンキナーゼで、この酵素は自分自身と特定の細胞内シグナルタンパクのチロシン残基をリン酸化する。

【分子動力学シミュレーション】私たちの体の中では無数のタンパク質が動いています。タンパク質をつくっている何万個もの原子は止まっているわけではなく、いつも少しずつ位置を変えています。こうした原子分子の動きをコンピュータでの中で再現するために使われるのが分子動力学シミュレーションです

①この手法では、まず、観測データなどをもとに原子の最初の配置を決めます。②そして、1個の原子に他の原子から及ぶ力を計算します③原始どうしの間に働く力には、化学結合の力、静電気力、分子間力などがあります。これらをすべて合計します。

次に、その力を受けた原子がどのように運動するかをニュートンの運動方程式に基づいて計算します。これにより、最初の配置から一定の時間が経ったあとに、原子の配置がどう変わったかがわかります。この配置を新たな出発点として、また②と③の計算を行います。

非常に短い時間の刻みでこれを繰り返すと、原子が徐々に動いていく様子を再現できるというわけです。