세포는 환경 변화를 감지하고 대응할 수 있는 능력이 필요합니다. 또한, 세포는 종종 서로 의사소통할 필요가 있습니다. 단세포와 다세포 유기체는 환경에 반응하기 위해 다양한 세포 신호전달(cell signaling) 기작을 사용합니다.
세포는 종종 막에 위치한 수용체(receptor) 단백질을 통해 많은 종류의 정보에 반응합니다. 예를 들어, 피부 세포는 촉각 정보에 반응하고 전달하는 반면, 망막의 광수용체(photoreceptor)는 빛을 감지할 수 있습니다. 대부분의 세포는 호르몬, 신경전달물질(neurotransmitter), 그리고 여러 종류의 신호 분자를 포함한 화학 신호에 반응하도록 진화했습니다. 세포는 심지어 동일한 신호 분자에 대한 다양한 반응을 조정할 수 있습니다.
일반적으로 세포 신호전달에는 (1) 인지(reception), (2) 신호 전달(signal transduction), (3) 반응(response), 이렇게 세 단계로 이뤄집니다. 신호 인지의 경우 대부분 막에 침투할 수 없는 분자, 즉 리간드(ligand)가 막 수용체에 변화를 일으킵니다. (한편 호르몬과 같은 몇몇 신호 분자는 막을 그냥 통과해서 내부 수용체에 도달할 수 있습니다.) 그런 다음 막 수용체는 받은 신호를 세포 내 전달자(messenger)에게 보낼 수 있고, 전달자는 신호를 전달해 반응으로 변환합니다. 이때 세포 내 반응은 전사(transcription), 번역(translation), 단백질 활성화 등을 포함할 수 있습니다.
박테리아와 같은 단세포 유기체는 정족수 감지(quorum sensing)라고 불리는 세포 신호전달의 한 유형을 사용하여 집락(colony) 내의 밀도를 감지하고 조정된 반응을 생성합니다. 진핵세포는 신호를 생성한 세포(자가분비 신호전달; autocrine signaling)나 주변 세포(측분비 신호전달; paracrine signaling)를 대상으로 하는 리간드를 분비할 수 있습니다. 또한 신호는 일부 호르몬처럼 먼 거리로 보내져 멀리 떨어진 세포에서 반응을 만들어냅니다 (내분비 신호전달; endocrine signaling). 접촉 의존 신호전달(contact-dependent signaling)은 이웃 세포들 사이에서 생성된 물리적 경로를 통해 세포질 신호가 빠르게 통과하게 만듭니다. 신경계 세포는 시냅스 신호전달(synaptic signaling)이라고 불리는 전문화된 세포 신호전달을 통해 빠른 반응을 일으킬 수 있습니다.
