지질불용성(lipid-insoluble; 즉, 수용성(water-soluble)) 호르몬(또는 리간드(ligand)로 알려진 수용체에 결합하는 분자)은 세포막을 가로질러 확산할 수 없습니다. 이 호르몬은 세포막에 있는 수용체(receptor)와 결합합니다. 첫 번째 전달자인 호르몬이 수용체에 결합하면, 신호의 연쇄반응(signaling cascade)이 일어나 두 번째 전달자인 세포 내부의 단백질이 활성화하고, 결과적으로 하류(downstream) 효과를 낳습니다.
세포막 수용체(cell membrane receptor)에는 세 가지 부분이 있습니다: 외부 리간드 결합 도메인(external ligand-binding domain), 막관통 도메인(transmembrane domain), 그리고 내부 도메인(internal domain). 그리고 세포막 수용체에는 각 범주 내에서 위와 같은 도메인의 구조와 기능의 일관성을 기반으로 한 세 가지 범주가 있습니다.
첫 번째 범주는 리간드 개폐 이온 채널(ligand-gated ion channel)로, 리간드가 채널에 결합하면 형태적인 변화(conformational change)를 겪은 뒤 수용체의 막관통(transmembrane) 부분이 형성한 통로로 이온을 통과시킵니다.
두 번째 범주는 G-단백질 결합 수용체(G-protein coupled receptor)로, 이 수용체는 7개의 막관통 도메인을 가진 뚜렷한 구조로 되어 있습니다. 외부 도메인이 리간드에 결합하면 수용체의 내부 부분에 부착된 3개의 단위체(subunit) 중 하나인 알파 단위체가 수용체와 분리되어 세포 반응을 생성합니다.
세 번째 범주는 효소 결합 수용체(enzyme-linked receptor; 촉매 수용체(catalytic receptor)라고도 함)로, 효소와 관련이 있거나 그 자체가 효소인 세포 내 도메인(intracellular domain)을 가지고 있습니다. 리간드가 세포 외 영역에 결합하면 세포 내 효소가 활성화하고, 해당 효소는 세포 내 다른 단백질을 활성화합니다.
세포막 수용체는 세포 기능의 기본입니다. 따라서 많은 질병이 부적절하게 기능하는 세포막 수용체로부터 발생하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 예를 들어 콜레라는 소장(small intestine) 내막에 있는 세포에서 G-단백질 결합 수용체가 비활성화될 때 발생합니다.
세포 외 자극이 세포 내 반응으로 전환되는 과정은 신호전달(signal transduction)로 알려져 있습니다. 신호전달은 리간드가 수용체에 결합하여 세포 내에서 여러 분자 상호작용을 일으키는 다단계 과정입니다. 이러한 상호작용은 각 단계가 여러 가지 다른 반응에 의존하기 때문에 복잡해질 수 있습니다. 신호전달은 적절한 세포 활동이 일어나는지 확인하기 위한 검증의 한 형태입니다. 또한, 신호전달은 종종 반응을 증폭시킵니다.
