Kalmoduliini on pieni proteiini, joka sitoo kalsiumia soluissa. Se on tärkeä useiden eri soluprosessien säätelyssä, koska kalsiumsignalointi on yleinen tapa lähettää signaaleja sekä solujen välillä että niiden sisällä. Lyhenne tästä proteiinista on CaM.
Eukaryoottisia soluja, kuten ihmisiä, ympäröi plasmamembraaniksi kutsuttu kalvo, ja niiden sisällä on kalvoon sitoutuneita rakenteita, kuten endoplasminen verkkokalvo (ER) ja sarkoplasminen verkkokalvo (SR). Näissä rakenteissa on kalsiumvarastoja, mutta solun sytosolissa-kalvojen välisessä geelimäisessä sisällössä-on 10,000 XNUMX kertaa vähemmän kalsiumia kuin solujen ulkopuolella olevassa nesteessä.
Suuri ero kalsiumpitoisuuksissa sytosolin ja solun ulkopuolen välillä mahdollistaa solun hyödyntää tätä differentiaaligradienttia ja tuoda kalsiumia keinoksi signaalivasteiksi. Kalsiumia sitovia proteiineja on monia, mutta kalmoduliini on yleisin kalsiummoduloitu proteiini. Monet sitä sitovista proteiineista eivät pysty reagoimaan suoraan kalsiumiin, ja niiden on luotettava tähän kalsiumia sitovaan proteiiniin kalsiumanturina. Vaikka monet proteiinit aktivoidaan kalsiumin avulla, toiset altistuvat. CaM: n välittämät vasteet vaihtelevat hermoston kasvusta ja muistista tulehdukseen ja aineenvaihduntaan.
Klassinen esimerkki kalmoduliinin roolista aineenvaihdunnassa on kehon glykogeenivarastojen hajoamisen säätely. Glykogeeni on glukoosin varastointipolymeeri, ja sen hajoaminen käynnistyy hormonien toimesta. Näiden hormonien sitoutuminen plasman kalvon solureseptoreihin johtaa kalsiumin kuljettajaan, joka lisää kalsiumpitoisuutta solussa.
Kun kalsiumpitoisuudet nousevat sytosolissa, kalsium sitoutuu kalmoduliiniin ja muuttaa proteiinin konformaatiota. Kalsium-kalmoduliinikompleksi sitoutuu kalsiumin kuljettajaan aluksi lisäämällä ja sitten vähentämällä kalsiumin kuljetusta soluun. Kun kalsiumpitoisuudet ovat normalisoituneet, CaM erottuu kalsiumista.
Tämä on esimerkki toissijaisen sanansaattajan käytöstä, jossa ensimmäinen signaali on hormoni, joka lähettää solunulkoisen viestinsä solun pinnalle. Signaalin siirto solun sisäpuolelle suoritetaan sekundaarisella yhdisteellä, tässä tapauksessa kalsiumilla. Tämä kaksivaiheinen prosessi voi suuresti vahvistaa soluvastetta.
Glykogeenin aineenvaihdunnan säätelyssä on toinen taso, joka edustaa ylimääräistä tapaa, jolla CaM voi hallita reaktioita. Se voi vaikuttaa kalmoduliinikinaasiin – kinaasien alaryhmään, joka on erikoistunut vastaamaan kalmoduliiniin. Kinaasit lisäävät fosfaattiryhmän proteiineihin, ja glykagonin hajoaminen suoritetaan entsyymillä nimeltä fosforylaasikinaasi, jolla on useita alayksiköitä. Yksi niistä on sääntelyyksikkö ja edellyttää CaM: n sitovan toimintaa.
Kalmoduliini sijaitsee monissa paikoissa solussa, mukaan lukien ER- ja SR -kalvot. Se toimii myös signaloinnissa solussa. Tällä molekyylillä on samanlaiset rakenteet eri organismien keskuudessa, mikä osoittaa, että sen rakenne on erittäin tärkeä sen toiminnalle. Kalmoduliinin sitoutumisen välittämien prosessien monimuotoisuus on indikaattori kalsiumin merkityksestä soluvasteiden säätelyssä.