Calmodulin é uma pequena proteína que liga o cálcio nas células. É importante na regulação de vários processos celulares diferentes, uma vez que a sinalização de cálcio é uma maneira comum de transmitir sinais entre e dentro das células. Uma abreviação para essa proteína é CaM.
As células eucarióticas, como as humanas, são cercadas por uma membrana chamada membrana plasmática e possuem estruturas que são ligadas à membrana, como o retículo endoplasmático (ER) e o retículo sarcoplasmático (SR). Essas estruturas têm reservas de cálcio dentro delas, mas o citosol da célula – o conteúdo semelhante ao gel entre as membranas – tem 10.000 vezes menos cálcio que o fluido fora das células.
A grande diferença nos níveis de cálcio entre o citosol e o exterior da célula permite que a célula utilize esse gradiente diferencial, introduzindo cálcio como uma maneira de sinalizar respostas. Existem muitas proteínas que se ligam ao cálcio, mas a calmodulina é a proteína modulada por cálcio mais comum. Muitas das proteínas que o ligam são incapazes de responder diretamente ao cálcio e devem confiar nessa proteína de ligação ao cálcio como sensor de cálcio. Enquanto muitas proteínas são ativadas pelo cálcio, outras estão sujeitas a inibição. As respostas que o CaM medeia variam do crescimento e memória nervosos à inflamação e metabolismo.
Um exemplo clássico do papel da calmodulina no metabolismo é a regulação da degradação das reservas de glicogênio do corpo em energia. O glicogênio é um polímero de armazenamento de glicose e sua degradação é iniciada por hormônios. A ligação desses hormônios aos receptores celulares na membrana plasmática resulta em um transportador de cálcio aumentando os níveis de cálcio dentro da célula.
À medida que os níveis de cálcio aumentam no citosol, o cálcio liga-se à calmodulina e altera a conformação da proteína. O complexo cálcio-calmodulina liga-se ao transportador de cálcio, aumentando inicialmente e diminuindo o transporte de cálcio para a célula. Quando os níveis de cálcio voltam ao normal, o CaM se dissocia do cálcio.
Este é um exemplo do uso de um mensageiro secundário, no qual o primeiro sinal é um hormônio transmitindo sua mensagem extracelular para a superfície celular. A transmissão do sinal para o interior da célula é realizada por um composto secundário, neste caso o cálcio. Esse processo de duas etapas pode amplificar bastante uma resposta celular.
Há outro nível de regulação do metabolismo do glicogênio que representa uma maneira adicional pela qual o CaM pode exercer o controle das reações. Ele pode atuar sobre uma calmodulina quinase – um subgrupo de cinases especializadas para responder à calmodulina. As cinases adicionam um grupo fosfato às proteínas e a degradação do glicogênio é realizada por uma enzima chamada fosforilase cinase, que possui várias subunidades. Uma delas é uma unidade reguladora e requer a ligação do CaM para a atividade.
Calmodulin está localizado em muitos locais da célula, incluindo as membranas ER e SR. Também atua na sinalização dentro da célula. Essa molécula possui estruturas semelhantes entre diversos organismos, indicando que sua estrutura é altamente importante para sua função. A diversidade de processos mediados pela ligação à calmodulina é um indicador da importância do cálcio na regulação das respostas celulares.