Calmodulina este o proteină mică care leagă calciul în celule. Este important în reglarea unui număr de procese celulare diferite, deoarece semnalizarea calciului este o modalitate comună de transmitere a semnalelor atât între celule, cât și în interiorul acestora. O abreviere pentru această proteină este CaM.
Celulele eucariote, cum ar fi cele ale oamenilor, sunt înconjurate de o membrană numită membrană plasmatică și au structuri în interiorul lor care sunt legate de membrană, cum ar fi reticulul endoplasmatic (ER) și reticulul sarcoplasmatic (SR). Aceste structuri au depozite de calciu în interiorul lor, dar citosolul celulei – conținutul asemănător unui gel dintre membrane – are de 10,000 de ori mai puțin calciu decât fluidul din exteriorul celulelor.
Diferența mare a nivelurilor de calciu dintre citosol și exteriorul celulei permite celulei să utilizeze acest gradient diferențial, pentru a introduce calciu ca o modalitate de a semnala răspunsuri. Există multe proteine care leagă calciul, dar calmodulina este cea mai comună proteină modulată cu calciu. Multe dintre proteinele care îl leagă nu pot răspunde direct la calciu și trebuie să se bazeze pe această proteină care leagă calciul ca senzor de calciu. În timp ce multe proteine sunt activate de calciu, altele sunt supuse inhibiției. Răspunsurile pe care le mediază CaM variază de la creșterea nervilor și memorie la inflamație și metabolism.
Un exemplu clasic al rolului calmodulinei în metabolism este reglarea degradării rezervelor de glicogen ale organismului pentru energie. Glicogenul este un polimer de stocare al glucozei, iar degradarea acestuia este inițiată de hormoni. Legarea acestor hormoni de receptorii celulari de pe membrana plasmatică are ca rezultat un transportor de calciu care crește nivelul de calciu în interiorul celulei.
Pe măsură ce nivelul de calciu crește în citosol, calciul leagă calmodulina și modifică conformația proteinei. Complexul calciu-calmodulină se leagă de transportorul de calciu, la început crescând, iar apoi scăzând transportul calciului în celulă. Odată ce nivelurile de calciu revin la normal, CaM se disociază de calciu.
Acesta este un exemplu de utilizare a unui mesager secundar, în care primul semnal este un hormon care transmite mesajul său extracelular la suprafața celulei. Transmiterea semnalului către interiorul celulei este realizată de un compus secundar, în acest caz calciu. Acest proces în două etape poate amplifica foarte mult un răspuns celular.
Există un alt nivel de reglare a metabolismului glicogenului care reprezintă un mod suplimentar în care CaM poate exercita controlul reacțiilor. Poate acționa asupra unei calmodulin kinaze – un subgrup de kinaze specializate să răspundă la calmodulină. Kinazele adaugă o grupare fosfat la proteine, iar degradarea glicagonului este efectuată de o enzimă numită fosforilază kinază, care are mai multe subunități. Una dintre ele este o unitate de reglementare și necesită obligarea de către CaM pentru activitate.
Calmodulina este localizată în multe locuri în interiorul celulei, inclusiv în membranele ER și SR. De asemenea, acționează în semnalizarea în interiorul celulei. Această moleculă are structuri similare între diverse organisme, ceea ce indică faptul că structura sa este foarte importantă pentru funcția sa. Diversitatea proceselor mediate de legarea calmodulinei este un indicator al importanței calciului în reglarea răspunsurilor celulare.