Calmodulin adalah protein kecil yang mengikat kalsium dalam sel. Hal ini penting dalam mengatur sejumlah proses seluler yang berbeda, karena pensinyalan kalsium adalah cara yang umum untuk mentransmisikan sinyal baik di antara maupun di dalam sel. Singkatan dari protein ini adalah CaM.
Sel eukariotik, seperti manusia, dikelilingi oleh membran yang disebut membran plasma, dan memiliki struktur di dalamnya yang terikat membran, seperti retikulum endoplasma (ER) dan retikulum sarkoplasma (SR). Struktur ini memiliki simpanan kalsium di dalamnya, tetapi sitosol sel – isi seperti gel di antara membran – memiliki kalsium 10,000 kali lebih sedikit daripada cairan di luar sel.
Perbedaan besar kadar kalsium antara sitosol dan bagian luar sel memungkinkan sel untuk memanfaatkan gradien diferensial ini, untuk memperkenalkan kalsium sebagai cara untuk memberi sinyal respons. Ada banyak protein yang mengikat kalsium, tetapi calmodulin adalah protein termodulasi kalsium yang paling umum. Banyak protein yang mengikatnya tidak dapat merespons kalsium secara langsung, dan harus bergantung pada protein pengikat kalsium ini sebagai sensor kalsium. Sementara banyak protein diaktifkan oleh kalsium, yang lain tunduk pada penghambatan. Respons yang dimediasi CaM berkisar dari pertumbuhan saraf dan memori hingga peradangan dan metabolisme.
Contoh klasik peran kalmodulin dalam metabolisme adalah pengaturan degradasi simpanan glikogen tubuh untuk energi. Glikogen adalah polimer penyimpanan glukosa, dan degradasinya diprakarsai oleh hormon. Pengikatan hormon-hormon ini ke reseptor seluler pada membran plasma menghasilkan transporter kalsium yang meningkatkan kadar kalsium di dalam sel.
Saat kadar kalsium meningkat di sitosol, kalsium mengikat kalmodulin dan mengubah konformasi protein. Kompleks kalsium-kalmodulin berikatan dengan transporter kalsium, pada awalnya meningkat, dan kemudian menurunkan pengangkutan kalsium ke dalam sel. Setelah kadar kalsium kembali normal, CaM terdisosiasi dari kalsium.
Ini adalah contoh penggunaan utusan sekunder, di mana sinyal pertama adalah hormon yang mengirimkan pesan ekstraselulernya ke permukaan sel. Transmisi sinyal ke bagian dalam sel dilakukan oleh senyawa sekunder, dalam hal ini kalsium. Proses dua langkah ini dapat sangat memperkuat respons seluler.
Ada tingkat lain regulasi metabolisme glikogen yang mewakili cara tambahan di mana CaM dapat melakukan kontrol reaksi. Ini dapat bekerja pada calmodulin kinase — subkelompok kinase yang khusus merespons calmodulin. Kinase menambahkan gugus fosfat ke protein, dan degradasi glikagon dilakukan oleh enzim yang disebut fosforilase kinase, yang memiliki beberapa sub-unit. Salah satunya adalah unit pengatur dan membutuhkan pengikatan oleh CaM untuk aktivitasnya.
Calmodulin terletak di banyak tempat di dalam sel, termasuk membran RE dan SR. Ini juga bertindak dalam memberi sinyal di dalam sel. Molekul ini memiliki struktur yang mirip di antara organisme yang beragam, menunjukkan bahwa strukturnya sangat penting untuk fungsinya. Keragaman proses yang dimediasi oleh pengikatan calmodulin merupakan indikator pentingnya kalsium dalam mengatur respon seluler.