第二信使学说是E.W.萨瑟兰于1965年首先提出。他认为人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷(cAMP)而发挥作用的。首次把cAMP叫做第二信使，激素等为第一信使。第二信使是指在胞内产生的非蛋白类小分子，通过其浓度变化（增加或者减少）应答胞外信号与细胞表面受体的结合，调节胞内酶的活性和非酶蛋白的活性，从而在细胞信号转导途径中行使携带和放大信号的功能。

第二信使(secondary messenger)

已知的第二信使种类很少，但却能转递多种细胞外的不同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。

能将细胞表面受体接受的细胞外信号转换为细胞内信号的物质称为第二信使，而将细胞外的信号称为第一信使(first messenger)。

第二信使为第一信使作用于靶细胞后在胞浆内产生的信息分子，第二信使将获得的信息增强，分化，整合并传递给效应器才能发挥特定的生理功能或药理效应。

第二信使包括：环-磷腺苷（cAMP），环-磷鸟苷(cGMP)，三磷酸肌醇 （IP3），钙离子（Ca2+），二酰甘油（DG），花生四烯酸及其代谢产物(AA)廿碳烯酸类，一氧化氮等。

第二信使（Second messenger）在生物学里是胞内信号分子，负责细胞内的信号转导以触发生理变化，如增殖，细胞分化，迁移，存活和细胞凋亡。因此第二信使是细胞内的信号转导的启动组成部件之一。第二信使分子的例子包括：环腺苷酸（cAMP），环磷酸鸟苷（cGMP），肌醇三磷酸（IP3），甘油二酯（DAG），钙离子（Ca2+）。细胞释放第二信使分子是响应于暴露在细胞外的信号分子-第一信使。第一信使是细胞外因子，通常是激素或神经递质，如肾上腺素，生长激素，和血清素。

厄尔·威尔伯·萨瑟兰（Earl Wilbur Sutherland Jr.）发现的第二信使，为他赢得了1971年诺贝尔生理学或医学奖。萨瑟兰看到，肾上腺素会刺激肝脏把肝细胞的糖原转化为葡萄糖（糖），但肾上腺素单独不会将糖原转化成葡萄糖。他发现，肾上腺素必须触发一个第二信使，环磷酸腺苷，才把肝脏的糖原转化为葡萄糖。该机制被马丁·罗德贝尔（Martin Rodbell）和艾尔佛列·古曼·吉尔曼（Alfred G. Gilman）详细研究，他们赢得了1994年诺贝尔生理学或医学奖。

第二信使的作用方式 一般有两种：①直接作用。如Ca能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起肌肉收缩;②间接作用。这是主要的方式，第二信使通过活化蛋白激酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。

第二信使至少有两个基本特性：

①是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子；②能启动或调节细胞内稍晚出现的反应信号应答。

第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重要的第二信使：cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3)、Ca2+（植物中主要的第二信使）等。

第二信使在细胞信号转导中起重要作用，它们能够激活级联系统中酶的活性，以及非酶蛋白的活性。第二信使在细胞内的浓度受第一信使的调节，它可以瞬间升高、且能快速降低，并由此调节细胞内代谢系统的酶活性，控制细胞的生命活动，包括：葡萄糖的摄取和利用、脂肪的储存和移动以及细胞产物的分泌。第二信使也控制着细胞的增殖、分化和生存，并参与基因转录的调节。

钙在传递外界环境信息方面起着重要作用。其中很多都是胁迫信息，包括生物胁迫和非生物胁迫。细胞质中游离Ca2+的浓度非常低，0.1～0.2μmol/L，这是钙作为第二信使的基础。各种胁迫信号都会激活各个钙库膜上的钙通道，导致细胞质中的游离Ca2+浓度增加。相反，刺激结束后，细胞质内的游离Ca2+浓度又会回落到正常水平。

外界环境中的钙离子浓度远远高于细胞质中的游离Ca2+浓度。这样巨大的浓度梯度差是通过一个厚度小于10nm的细胞膜来维持的。很高的外部钙溶液浓度及其二价正电荷造成了有利于钙离子进入细胞的很大的电化学势梯度。细胞通过以下3种方式维持很低的细胞质内游离Ca2+浓度：第一，通过液泡膜上的运输载体将钙隔离在液泡中；第二，钙结合在钙结合蛋白特别是钙调蛋白（CaM）上，以及细胞内的线粒体、细胞核、内质网和叶绿体中，使得大部分细胞质中的钙不能以游离状态存在；第三，钙被主动从细胞质跨膜排出，进入液泡或质外体。

胞质中钙信号的靶位点通常是诸如钙调蛋白之类的钙结合蛋白。钙直接刺激钙依赖的蛋白激酶，而这些酶对其他酶进行磷酸化作用。这些酶定位在诸如质膜等部位，质子泵ATP酶就是这样一种酶，它被依赖于钙的蛋白激酶磷酸化。在其他情况下，钙高度选择并可逆地结合在具有4个Ca2+结合位点的多肽——CaM上。与钙的结合改变了CaM的构象和活性。依赖于CaM的酶相对较多，包括催化NAD转化为NADP的NAD激酶，NADP是叶绿体中的最终电子受体。ATP酶是转运Ca2+并保持胞质中钙平衡的重要组分，它也能被CaM激活。