Las cascadas de señalización intracelular amplifican una señal originada extracelularmente y la dirigen a su objetivo intracelular previsto, lo que resulta en transcripción, traducción, modificaciones de proteínas, activación de enzimas, metabolismo celular, mitosis y/o apoptosis.

La más básica de las cascadas de señalización implica la activación de segundos mensajeros y la liberación de quinasas. Las quinasas activan o desactivan proteínas y enzimas añadiéndoles un grupo de fosfatos. Las fosfatasas eliminan los grupos de fosfato que resultan en la desactivación o reactivación de proteínas.

La vía ciclica AMP (cAMP) lleva el nombre de su segundo mensajero, (cAMP). Esta vía se inicia con mayor frecuencia cuando un ligando se une a un receptor de proteína acoplado G. La proteína G se desacopla del receptor y desencadena adenilato ciclasa para sintetizar campo de ATP. Para cada interacción ligando-receptor, se generan múltiples moléculas de cAMP, amplificando la señal.

PKA es una molécula de tetrámero con dos subunidades reguladoras y dos subunidades activas. Cuando cuatro moléculas de campo interactúan con una molécula de PKA, libera las dos subunidades activas. Estas subunidades PKA fosforilan proteínas y enzimas. En el caso de la expresión génica, PKA activa CREB, un factor de transcripción en el núcleo.

Los pasos que preceden a la cascada de señalización intracelular que es el ligando y el receptor— se conocen como eventos ascendentes. Aquellos que vienen después de la vía del campo —la fosforilación del CREB en el ejemplo antedicho— se refieren como un evento descendente. Hay numerosos eventos aguas arriba y aguas abajo en los cuales estas vías pueden estar involucradas.

Una cascada de señalización más compleja es la de la vía Ras-Raf-MAP Kinase, que implica una serie de quinasas secuenciales que activan otras quinasas. En esta vía Ras, una pequeña enzima GTPase, se activa cuando un factor de crecimiento se une a su receptor (el evento ascendente). Ras entonces activa Raf- o MAP quinasa quinasa quinasa (MAP3K). MAP3K fosforila y por lo tanto activa otra quinasa quinasa de LA quinasa (MAP2K, también llamado MEK). Esta quinasa activa MAP quinasa (MAPK, también llamada ERK) por fosforilación. MAPK migra al núcleo donde puede fosforilar varios factores de transcripción (eventos aguas abajo). Uno de estos factores de transcripción es c-myc que inicia la transcripción de la familia myc de genes involucrados en la proliferación celular y el cáncer. La vía de quinasa Ras-Raf-MAP utiliza múltiples quinasas para amplificar la señal externa traída por factores de crecimiento y es más compleja que la vía cAMP más simple.

Otras cascadas de señal intracelular, nombradas por sus segundos mensajeros, son los sistemas de fosfoinositol, ácido araquidónico y GMP cíclico.