La calmodulina è una piccola proteina che lega il calcio nelle cellule. È importante nel regolare una serie di diversi processi cellulari, poiché la segnalazione del calcio è un modo comune di trasmettere segnali sia tra che all’interno delle cellule. Un’abbreviazione per questa proteina è CaM.
Le cellule eucariotiche, come quelle umane, sono circondate da una membrana chiamata membrana plasmatica e hanno strutture al loro interno legate alla membrana, come il reticolo endoplasmatico (ER) e il reticolo sarcoplasmatico (SR). Queste strutture hanno riserve di calcio al loro interno, ma il citosol della cellula – i contenuti gelatinosi tra le membrane – ha 10.000 volte meno calcio del fluido esterno alle cellule.
La grande differenza nei livelli di calcio tra il citosol e l’esterno cellulare consente alla cellula di utilizzare questo gradiente differenziale, introducendo il calcio come un modo per segnalare le risposte. Esistono molte proteine ??che legano il calcio, ma la calmodulina è la proteina modulata dal calcio più comune. Molte delle proteine ??che lo legano non sono in grado di rispondere direttamente al calcio e devono fare affidamento su questa proteina legante il calcio come sensore di calcio. Mentre molte proteine ??sono attivate dal calcio, altre sono soggette a inibizione. Le risposte che CaM media vanno dalla crescita del nervo e dalla memoria all’infiammazione e al metabolismo.
Un classico esempio del ruolo della calmodulina nel metabolismo è la regolazione della degradazione delle riserve di glicogeno del corpo per l’energia. Il glicogeno è un polimero di stoccaggio del glucosio e la sua degradazione è iniziata dagli ormoni. Il legame di questi ormoni ai recettori cellulari sulla membrana plasmatica provoca un trasportatore di calcio che aumenta i livelli di calcio all’interno della cellula.
Man mano che i livelli di calcio aumentano nel citosol, il calcio si lega alla calmodulina e modifica la conformazione della proteina. Il complesso calcio-calmodulina si lega al trasportatore del calcio, inizialmente aumentando e quindi diminuendo il trasporto del calcio nella cellula. Una volta che i livelli di calcio sono tornati alla normalità, il CaM si dissocia dal calcio.
Questo è un esempio dell’uso di un messaggero secondario, in cui il primo segnale è un ormone che trasmette il suo messaggio extracellulare sulla superficie cellulare. La trasmissione del segnale all’interno della cellula viene effettuata da un composto secondario, in questo caso il calcio. Questo processo in due fasi può amplificare notevolmente una risposta cellulare.
Esiste un altro livello di regolazione del metabolismo del glicogeno che rappresenta un ulteriore modo in cui il CaM può esercitare il controllo delle reazioni. Può agire su una calmodulina chinasi, un sottogruppo di chinasi specializzato per rispondere alla calmodulina. Le chinasi aggiungono un gruppo fosfato alle proteine ??e la degradazione del glicagone viene effettuata da un enzima chiamato fosforilasi chinasi, che ha diverse sottounità. Uno di questi è un’unità di regolamentazione e richiede un impegno da parte del CaM per l’attività.
La calmodulina si trova in molti punti all’interno della cellula, comprese le membrane ER e SR. Agisce anche nella segnalazione all’interno della cellula. Questa molecola ha strutture simili tra diversi organismi, indicando che la sua struttura è estremamente importante per la sua funzione. La diversità dei processi mediati dal legame con la calmodulina è un indicatore dell’importanza del calcio nella regolazione delle risposte cellulari.