定義
從細胞表面受體接收外部信號到最後作出綜合性應答是一個將信號逐步放大的過程，稱為信號的級聯放大反應或級聯反應。組成級聯反應的各個成員稱為一個級聯(cascade),主要是由磷酸化和去磷酸化的酶組成。信號的級聯放大作用對細胞來說至少有兩個優越性:第一,同一級聯中所有具有催化活性的酶受同一分子調控,如糖原分解級聯中有三種酶：依賴於cAMP的蛋白激酶、糖原磷酸化酶激酶和糖原磷酸化酶都是直接或間接受cAMP調控的。第二：通過級聯放大作用,使引起同一級聯反應的信號得到最大限度的放大。
級聯反應除了具有將信號放大,使原始信號變得更強、更具激發作用，引起細胞的強烈反應外,級聯反應還有其他一些作用: ①信號轉移,即將原始信號轉移到細胞的其他部位;②信號轉化,即將信號轉化成能夠激發細胞應答的分子,如級聯中的酶的磷酸化;③信號的分支,即將信號分開為幾種平行的信號,影響多種生化途徑,引起更大的反應;④級聯途中的各個步驟都有可能受到一些因子的調節,因此級聯反應的最終效應還是由細胞內外的條件來決定。
級聯反應的過程
級聯反應是細胞信號通路中的一個反應過程，當胞外信號需要轉換為胞內信號時，細胞通過級聯反應將信號一步步擴大，最終達到調節細胞生理功能的作用。
信號轉導途徑
信號轉導的兩種途徑信號分子這把鑰匙一旦打開了細胞表面的受體鎖，細胞就要作出應答。由於細胞自身就是一個社會，有各種不同的結構和功能體系，信號轉導途徑有兩個層次，第一是將外部信號轉換成內部信號途徑， 即信號轉導途徑。第二層次的含義是外部信號轉換成內部信號後從哪個途徑引起應答。
兩種信號轉導途徑，一種是通過G蛋白偶聯方式，即信號分子同表面受體結合後激活G蛋白，再由G蛋白激活效應物，效應物產生細胞內信號；第二種轉導途徑是結合的配體激活受體的酶活性，然後由激活的酶去激活產生細胞內信號的效應物。
途徑①：結合的配體激活G蛋白，然後由G蛋白激活效應物產生信號；途徑②：結合配體激活受體的酶活性，然後由激活的受體酶激活產生信號的效應物。
細胞內生化反應途徑
由蛋白激酶和蛋白質磷酸酶構成的信號轉導途徑當外部信號被轉換成內部信號後，在細胞內的傳遞途徑如何？ 細胞內各種不同的生化反應途徑都是由一系列不同的蛋白和酶組成的，執行著不同的生理生化功能。各途徑中上游蛋白對下游蛋白活性的調節（激活或抑制）主要是通過添加或去除磷酸基團，從而改變下游蛋白的構型完成的。所以，構成生化反應途徑的主要成員是蛋白激酶和磷酸酶，它們能夠引起細胞活性的快速變化又迅速恢復。
細胞對外部信號的應答通常是綜合性反應，包括基因表達的變化、酶活性的變化、細胞骨架構型的變化、通透性的變化、DNA合成的變化、細胞死亡程式的變化等。這些變化並非都是由一種信號引起的，通常要幾種信號結合起來才能產生較複雜的反應，而且通過信號的不同組合產生不同的反應。
信號級聯放大
細胞內的信號級聯放大作用細胞在信號應答中的每一種最終表現都是受體接受了一套相關的細胞外信號並作出綜合應答的結果。從細胞表面受體接收外部信號到最後作出綜合性應答，不僅是一個信號轉導過程，更重要的是將信號進行逐步放大的過程。
細胞表面受體蛋白將細胞外信號轉變為細胞內信號，經信號級聯放大、分散和調節產生綜合性的細胞應答。
級聯反應與第二信使
細胞表面受體接受細胞外信號後轉換而來的細胞內信號稱為第二信使,而將細胞外的信號稱為第一信使(first messengers)。
第二信使至少有兩個基本特性: ①是第一信使同其膜受體結合後最早在細胞膜內側或胞漿中出現、僅在細胞內部起作用的信號分子；②能啟動或調節細胞內稍晚出現的反應信號應答。 第二信使都是小的分子或離子。細胞內有五種最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1,2-二醯甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三磷酸肌醇(inosositol 1,4,5-trisphosphate,IP3)、Ca2+ 等。
第二信使在細胞信號轉導中起重要作用，它們能夠激活級聯繫統中酶的活性,以及非酶蛋白的活性。第二信使在細胞內的濃度受第一信使的調節,它可以瞬間升高、且能快速降低,並由此調節細胞內代謝系統的酶活性,控制細胞的生命活動,包括:葡萄糖的攝取和利用、脂肪的儲存和移動以及細胞產物的分泌。第二信使也控制著細胞增殖、分化和生存,並參與基因轉錄的調節。
級聯反應