Kalmodulina to małe białko wiążące wapń w komórkach. Jest to ważne w regulacji wielu różnych procesów komórkowych, ponieważ sygnalizacja wapniowa jest powszechnym sposobem przekazywania sygnałów zarówno między komórkami, jak i wewnątrz nich. Skrótem dla tego białka jest CaM.
Komórki eukariotyczne, takie jak ludzkie, są otoczone błoną zwaną błoną plazmatyczną i mają w sobie struktury związane z błoną, takie jak retikulum endoplazmatyczne (ER) i retikulum sarkoplazmatyczne (SR). Struktury te zawierają w sobie wapń, ale cytozol komórki — żelopodobna zawartość między błonami — ma 10,000 XNUMX razy mniej wapnia niż płyn na zewnątrz komórek.
Duża różnica poziomów wapnia między cytozolem a zewnętrzną powierzchnią komórki umożliwia komórce wykorzystanie tego różnicowego gradientu do wprowadzenia wapnia jako sposobu sygnalizowania odpowiedzi. Istnieje wiele białek wiążących wapń, ale kalmodulina jest najczęstszym białkiem modulowanym wapniem. Wiele wiążących go białek nie jest w stanie bezpośrednio reagować na wapń i musi polegać na tym białku wiążącym wapń jako czujniku wapnia. Podczas gdy wiele białek jest aktywowanych przez wapń, inne podlegają hamowaniu. Odpowiedzi, w których pośredniczy CaM, obejmują wzrost nerwów i pamięć, stan zapalny i metabolizm.
Klasycznym przykładem roli kalmoduliny w metabolizmie jest regulacja degradacji zapasów glikogenu organizmu na energię. Glikogen jest polimerem magazynującym glukozę, a jego rozkład jest inicjowany przez hormony. Wiązanie tych hormonów z receptorami komórkowymi na błonie komórkowej powoduje, że transporter wapnia zwiększa poziom wapnia w komórce.
Wraz ze wzrostem poziomu wapnia w cytozolu wapń wiąże kalmodulinę i zmienia konformację białka. Kompleks wapń-kalmodulina wiąże się z transporterem wapnia, najpierw zwiększając, a następnie zmniejszając transport wapnia do komórki. Gdy poziom wapnia wróci do normy, CaM dysocjuje od wapnia.
Jest to przykład zastosowania wtórnego przekaźnika, w którym pierwszym sygnałem jest hormon przekazujący swoją wiadomość pozakomórkową na powierzchnię komórki. Przekazywanie sygnału do wnętrza komórki jest realizowane przez związek wtórny, w tym przypadku wapń. Ten dwuetapowy proces może znacznie wzmocnić odpowiedź komórkową.
Istnieje inny poziom regulacji metabolizmu glikogenu, który stanowi dodatkowy sposób, w jaki CaM może kontrolować reakcje. Może działać na kinazę kalmodulinową — podgrupę kinaz wyspecjalizowanych w odpowiedzi na kalmodulinę. Kinazy dodają do białek grupę fosforanową, a rozkład glikagonu jest przeprowadzany przez enzym zwany kinazą fosforylazy, który ma kilka podjednostek. Jedna z nich jest jednostką regulacyjną i wymaga związania przez CaM działalności.
Kalmodulina znajduje się w wielu miejscach w komórce, w tym w błonach ER i SR. Działa również w sygnalizacji w komórce. Ta cząsteczka ma podobną strukturę wśród różnych organizmów, co wskazuje, że jej struktura jest bardzo ważna dla jej funkcji. Różnorodność procesów, w których pośredniczy wiązanie kalmoduliny, jest wskaźnikiem znaczenia wapnia w regulacji odpowiedzi komórkowych.