Kalmodulin je mali protein koji veže kalcij u stanicama. Važan je u regulaciji niza različitih staničnih procesa, budući da je kalcijeva signalizacija uobičajen način prijenosa signala između i unutar stanica. Skraćenica za ovaj protein je CaM.
Eukariotske stanice, poput onih kod ljudi, okružene su membranom koja se naziva plazma membrana, a unutar sebe imaju strukture koje su vezane za membranu, kao što su endoplazmatski retikulum (ER) i sarkoplazmatski retikulum (SR). Ove strukture imaju zalihe kalcija unutar sebe, ali citosol stanice – sadržaj poput gela između membrana – ima 10,000 XNUMX puta manje kalcija od tekućine izvan stanica.
Velika razlika u razinama kalcija između citosola i stanične vanjštine omogućuje stanici da iskoristi ovaj diferencijalni gradijent, da uvede kalcij kao način signaliziranja odgovora. Postoje mnogi proteini koji vežu kalcij, ali kalmodulin je najčešći protein moduliran kalcijem. Mnogi proteini koji ga vežu ne mogu izravno reagirati na kalcij i moraju se oslanjati na ovaj protein koji veže kalcij kao senzor za kalcij. Dok se mnogi proteini aktiviraju kalcijem, drugi su podložni inhibiciji. Odgovori koje CaM posreduje kreću se od rasta živaca i pamćenja do upale i metabolizma.
Klasičan primjer uloge kalmodulina u metabolizmu je regulacija razgradnje tjelesnih zaliha glikogena za energiju. Glikogen je polimer za skladištenje glukoze, a njegovu razgradnju pokreću hormoni. Vezanje ovih hormona na stanične receptore na plazma membrani dovodi do toga da prijenosnik kalcija povećava razinu kalcija unutar stanice.
Kako se razina kalcija povećava u citosolu, kalcij veže kalmodulin i mijenja konformaciju proteina. Kalcij-kalmodulinski kompleks veže se na prijenosnik kalcija, najprije povećava, a zatim smanjuje transport kalcija u stanicu. Kada se razina kalcija vrati na normalu, CaM se odvaja od kalcija.
Ovo je primjer korištenja sekundarnog glasnika, u kojem je prvi signal hormon koji svoju izvanstaničnu poruku prenosi na površinu stanice. Prijenos signala u unutrašnjost stanice provodi sekundarni spoj, u ovom slučaju kalcij. Ovaj proces u dva koraka može uvelike pojačati stanični odgovor.
Postoji još jedna razina regulacije metabolizma glikogena koja predstavlja dodatni način na koji CaM može kontrolirati reakcije. Može djelovati na kalmodulin kinazu – podskupinu kinaza specijaliziranih za odgovor na kalmodulin. Kinaze proteinima dodaju fosfatnu skupinu, a razgradnju glikagona provodi enzim zvan fosforilaza kinaza, koji ima nekoliko podjedinica. Jedna od njih je regulatorna jedinica i zahtijeva obvezivanje CaM-a za aktivnost.
Kalmodulin se nalazi na mnogim mjestima unutar stanice, uključujući ER i SR membrane. Također djeluje na signalizaciju unutar stanice. Ova molekula ima slične strukture među različitim organizmima, što ukazuje da je njezina struktura vrlo važna za njezinu funkciju. Raznolikost procesa posredovanih vezanjem kalmodulina pokazatelj je važnosti kalcija u regulaciji staničnog odgovora.