La calmodulina es una proteína pequeña que se une al calcio en las células. Es importante en la regulación de varios procesos celulares diferentes, ya que la señalización de calcio es una forma común de transmitir señales tanto entre las células como dentro de ellas. Una abreviatura de esta proteína es CaM.
Las células eucariotas, como las de los humanos, están rodeadas por una membrana llamada membrana plasmática, y tienen estructuras dentro de ellas que están unidas a la membrana, como el retículo endoplásmico (RE) y el retículo sarcoplásmico (SR). Estas estructuras tienen reservas de calcio dentro de ellas, pero el citosol de la célula, el contenido similar a un gel entre las membranas, tiene 10,000 veces menos calcio que el líquido fuera de las células.
La gran diferencia en los niveles de calcio entre el citosol y el exterior de la célula permite a la célula utilizar este gradiente diferencial, para introducir calcio como una forma de señalizar las respuestas. Hay muchas proteínas que se unen al calcio, pero calmodulina es la proteína modulada con calcio más común. Muchas de las proteínas que lo unen no pueden responder directamente al calcio, y deben confiar en esta proteína de unión al calcio como un sensor de calcio. Mientras que muchas proteínas son activadas por el calcio, otras están sujetas a inhibición. Las respuestas que media CaM van desde el crecimiento nervioso y la memoria hasta la inflamación y el metabolismo.
Un ejemplo clásico del papel de calmodulina en el metabolismo es la regulación de la degradación de las reservas de glucógeno del cuerpo para obtener energía. El glucógeno es un polímero de almacenamiento de glucosa, y su degradación es iniciada por las hormonas. La unión de estas hormonas a los receptores celulares en la membrana plasmática da como resultado un transportador de calcio que aumenta los niveles de calcio dentro de la célula.
A medida que aumentan los niveles de calcio en el citosol, el calcio se une a la calmodulina y cambia la conformación de la proteína. El complejo calcio-calmodulina se une al transportador de calcio, al principio aumentando y luego disminuyendo el transporte de calcio a la célula. Una vez que los niveles de calcio vuelven a la normalidad, la CaM se disocia del calcio.
Este es un ejemplo del uso de un mensajero secundario, en el que la primera señal es una hormona que transmite su mensaje extracelular a la superficie celular. La transmisión de la señal al interior de la célula se realiza mediante un compuesto secundario, en este caso calcio. Este proceso de dos pasos puede amplificar en gran medida una respuesta celular.
Existe otro nivel de regulación del metabolismo del glucógeno que representa una forma adicional en la que CaM puede ejercer el control de las reacciones. Puede actuar sobre una calmodulina quinasa, un subgrupo de quinasas especializadas para responder a la calmodulina. Las quinasas agregan un grupo fosfato a las proteínas, y la degradación del glucagón se lleva a cabo por una enzima llamada fosforilasa quinasa, que tiene varias subunidades. Una de ellas es una unidad reguladora y requiere la vinculación de CaM para la actividad.
La calmodulina se encuentra en muchos lugares dentro de la célula, incluidas las membranas ER y SR. También actúa en la señalización dentro de la célula. Esta molécula tiene estructuras similares entre diversos organismos, lo que indica que su estructura es muy importante para su función. La diversidad de procesos mediados por la unión de calmodulina es un indicador de la importancia del calcio en la regulación de las respuestas celulares.