Kalmoduliin on väike valk, mis seob rakkudes kaltsiumi. See on oluline mitmete erinevate rakuprotsesside reguleerimisel, kuna kaltsiumi signaalimine on levinud viis signaalide edastamiseks nii rakkude vahel kui ka sees. Selle valgu lühend on CaM.
Eukarüootsed rakud, näiteks inimese rakud, on ümbritsetud membraaniga, mida nimetatakse plasmamembraaniks, ja nende sees on membraaniga seotud struktuurid, nagu endoplasmaatiline retikulum (ER) ja sarkoplasmaatiline retikulum (SR). Nendes struktuurides on kaltsiumivarud, kuid raku tsütosoolis – membraanidevahelises geelitaolises sisus – on 10,000 XNUMX korda vähem kaltsiumi kui rakuvälises vedelikus.
Suur erinevus kaltsiumitasemetes tsütosooli ja raku välispinna vahel võimaldab rakul seda diferentsiaalset gradienti kasutada, et sisestada kaltsiumi vastuste signaalimise viisina. Kaltsiumiga seonduvaid valke on palju, kuid kalmoduliin on kõige levinum kaltsiumiga moduleeritud valk. Paljud seda siduvad valgud ei suuda kaltsiumile otse reageerida ja peavad tuginema sellele kaltsiumi siduvale valgule kui kaltsiumiandurile. Kui paljusid valke aktiveerib kaltsium, siis teised alluvad inhibeerimisele. CaM-i vahendatud vastused ulatuvad närvikasvust ja mälust põletiku ja ainevahetuseni.
Klassikaline näide kalmoduliini rollist ainevahetuses on organismi glükogeenivarude lagunemise reguleerimine energia saamiseks. Glükogeen on glükoosi säilitav polümeer ja selle lagunemise algatavad hormoonid. Nende hormoonide seondumine raku retseptoritega plasmamembraanil põhjustab kaltsiumi transporterit, mis suurendab kaltsiumi taset rakus.
Kui kaltsiumi tase tsütosoolis tõuseb, seob kaltsium kalmoduliini ja muudab valgu konformatsiooni. Kaltsiumi-kalmoduliini kompleks seondub kaltsiumi transporteriga, algul suurendades ja seejärel vähendades kaltsiumi transporti rakku. Kui kaltsiumi tase normaliseerub, dissotsieerub CaM kaltsiumist.
See on näide sekundaarse messengeri kasutamisest, mille puhul esimene signaal on hormoon, mis edastab oma rakuvälise sõnumi raku pinnale. Signaali edastamine raku sisemusse toimub sekundaarse ühendi, antud juhul kaltsiumi, abil. See kaheetapiline protsess võib oluliselt võimendada rakulist vastust.
On veel üks glükogeeni metabolismi reguleerimise tase, mis kujutab endast täiendavat viisi, kuidas CaM saab reaktsioone kontrollida. See võib toimida kalmoduliini kinaasile – kinaaside alarühmale, mis on spetsialiseerunud kalmoduliinile reageerima. Kinaasid lisavad valkudele fosfaatrühma ja glükagooni lagundamist viib läbi ensüüm, mida nimetatakse fosforülaasi kinaasiks, millel on mitu alamühikut. Üks neist on reguleeriv üksus ja nõuab tegevuseks CaM-i sidumist.
Kalmoduliin paikneb rakus paljudes kohtades, sealhulgas ER- ja SR-membraanides. Samuti toimib see rakusisese signaali edastajana. Sellel molekulil on erinevate organismide seas sarnased struktuurid, mis näitab, et selle struktuur on selle funktsiooni jaoks väga oluline. Kalmoduliini sidumise poolt vahendatud protsesside mitmekesisus näitab kaltsiumi tähtsust rakuliste reaktsioonide reguleerimisel.