Первый этап действия гормона заключается во взаимодействии гормона с 7-ТМС-(R) (к ним относятся α- и β- адренергические (R), (R) гистамина, серотонина, соматостатина, гликопротеиновых гормонов, глюкагона, паратирина, кальцитонина, гормонов гипоталамуса).

Второй участник передачи гормонального сигнала — G-белки. Обнаружены: 1) большие, состоящие из нескольких субъединиц G-белки (связаны с мембранами); 2) низкомолекулярные, состоящие из одной полипептидной цепи (цитозольные). Все G-белки обладают ГТФ-азной активностью, и их конформация зависит от того, связаны ли они в данный момент с ГДФ или ГТФ. Мембранный G-белок состоит из 3 субъединиц: α, β и γ.

В неактивном состоянии три субъединицы соединены вместе, и α-субъединица связана с ГДФ. После присоединения гормона к 7-ТМС-(R) и взаимодействия гормон- рецепторного комплекса с G-белком в последнем происходит замена ГДФ на ГТФ, вследствие чего G-белок диссоциирует с образованием свободной α-субъединицы и димера субъединиц β, γ. Затем α-субъединица перемещается по мембране и взаимодействует с мембраносвязанными ферментами (аденилатциклазой или фосфолипазой С), катализирующими образование низкомолекулярных вторичных посредников. Продолжительность эффекта G-белка определяется ГТФ-азной активностью его α-субъединицы: после гидролиза ГТФ до ГДФ действие субъединицы прекращается и G- белок возвращается в исходное тримерное состояние

Аденилатциклаза. Различные типы аденилатциклаз реагируют с α-субъединицами, выполняющими разные функции: если связывание осуществляется с αs-субъединицей G-белка, то фермент активируется, если с αI-cубъединицей, то ингибируется. Аденилатциклаза катализирует образование цАМФ из АТФ. Уровень цАМФ в клетках очень низок, но при активировании аденилатциклазы он может быстро и значительно увеличиваться. Однако это повышение кратковременно. Распад цАМФ катализируется цАМФ-фосфодиэстеразами (ФДЭ), гидролизующими фосфодиэфирную связь в молекуле цАМФ. ФДЭ — регулируемый фермент (его ингибирует кофеин, что приводит к повышению уровня цАМФ).

цАМФ является аллостерическим регулятором протеинкиназы А (существуют разные типы этих ферментов). Протеинкиназы — это гетеромеры, состоящие из двухкаталитических и одной регуляторной субъединиц. Присоединение цАМФ к регуляторной субъединице высвобождает каталитические субъединиц. Последние переносят фосфорный остаток с АТФ на серин или треонин некоторых ферментов, которые при этом переходят в активное или неактивное состояние (это зависит от свойств данного фермента: так, фосфорилирование гликогенфосфорилазы активирует ее, а фосфорилирование гликогенсинтазы её угнетает). цАМФ регулирует также открытие цАМФ-зависимых ионных каналов. Повышение уровня цАМФ может приводить к активации транскрипции определенных генов.

Фосфолипаза С. Субстратом этого фермента является фосфатидилинозитол-4,5- дифосфат. Фосфолипаза С катализирует образование двух мощных вторичных посредников: диацилглицерола (ДАГ) и инозитол-1,4,5-трифосфата (ИТФ).

ИТФ связывается с (R) кальцисом, что приводит к открытию лиганд-зависимых кальциевых каналов кальцисом. В результате в цитозоле резко увеличивается концентрация Са2+. Высвободившийся Са2+ захватывается специальными кальций- связывающими белками, например, калмодулином. Когда уровень внутриклеточного Са2+ повышается, кальций-калмодулиновый комплекс присоединяется к различным белкам- мишеням, что сопровождается изменением их активности. Кальмодулин-зависимые протеинкиназы регулируют активность многих ферментов. Они также способны проникать в ядро клетки, где фосфорилируют белки, ответственные за активацию транскрипции.

Таким образом, ИТФ повышает концентрацию Са2+ в цитозоле. ДАГ остается в плазматической мембране и либо гидролизуется с образованием арахидоновой кислоты (необходимой для синтеза простагландинов), либо активирует протеинкиназу С. При низком внутриклеточном уровне Са2+ и отсутствии ДАГ протеинкиназа С находится в цитоплазме в неактивном состоянии. При связывании ДАГ конформация протеинкиназы С изменяется, увеличивается её сродство к Са2+ и она начинает активировать разнообразные белки-мишени (так, С-киназа фосфорилирует и тем самым активирует Na+/H+ обменный насос плазматической мембраны, контролирующий внутриклеточный рН). Активная С- киназа способна усиливать транскрипцию генов.