某些神经递质属于蛋白质。乙酰胆碱是由胆碱和乙酰辅酶A在胆碱乙酰移位酶或胆碱乙酰化酶的催化作用下合成的。由于该酶存在于细胞质基质中，因此乙酰胆碱在细胞质基质中合成，合成后由小泡摄取并贮存起来。去甲肾上腺素的合成以酪氨酸为原料，首先在酪氨酸羟化酶的催化作用下合成多巴，再在多巴脱羧酶或者是氨基酸脱竣酶作用下合成多巴胺或者是儿茶酚乙胺，这二步是在细胞质基质中进行的；然后多巴胺被摄取入小泡，在小泡中由多巴胺β羟化酶催化进一步合成去甲肾上腺素，并贮存于小泡内。