Kalmodulin je majhna beljakovina, ki veže kalcij v celicah. Pomemben je pri uravnavanju številnih različnih celičnih procesov, saj je kalcijeva signalizacija običajen način prenosa signalov med celicami in znotraj njih. Okrajšava za to beljakovino je CaM.
Evkariontske celice, kot so tiste pri ljudeh, so obdane z membrano, imenovano plazemska membrana, in imajo v sebi strukture, ki so vezane na membrano, kot sta endoplazmatski retikulum (ER) in sarkoplazmatski retikulum (SR). Te strukture imajo v sebi zaloge kalcija, vendar ima citosol celice – gelu podobna vsebina med membranami – 10,000-krat manj kalcija kot tekočina zunaj celic.
Velika razlika v ravneh kalcija med citosolom in zunanjostjo celice omogoča celici, da izkoristi ta diferencialni gradient, da uvede kalcij kot način za signaliziranje odzivov. Obstaja veliko beljakovin, ki vežejo kalcij, vendar je kalmodulin najpogostejši protein, moduliran s kalcijem. Številne beljakovine, ki ga vežejo, se ne morejo neposredno odzvati na kalcij in se morajo zanašati na ta protein, ki veže kalcij, kot senzor za kalcij. Medtem ko kalcij aktivira številne beljakovine, so druge podvržene inhibiciji. Odzivi, ki jih posreduje CaM, segajo od rasti živcev in spomina do vnetja in presnove.
Klasičen primer vloge kalmodulina pri presnovi je uravnavanje razgradnje telesnih zalog glikogena za energijo. Glikogen je polimer za shranjevanje glukoze, njegovo razgradnjo pa sprožijo hormoni. Vezava teh hormonov na celične receptorje na plazemski membrani povzroči, da kalcijev transporter poveča raven kalcija v celici.
Ko se raven kalcija v citosolu poveča, kalcij veže kalmodulin in spremeni konformacijo proteina. Kalcij-kalmodulinski kompleks se veže na kalcijev transporter, sprva poveča, nato pa zmanjša transport kalcija v celico. Ko se ravni kalcija vrnejo v normalno stanje, se CaM loči od kalcija.
To je primer uporabe sekundarnega messengerja, pri katerem je prvi signal hormon, ki svoje zunajcelično sporočilo prenaša na površino celice. Prenos signala v notranjost celice izvaja sekundarna spojina, v tem primeru kalcij. Ta dvostopenjski postopek lahko močno okrepi celični odziv.
Obstaja še ena stopnja regulacije metabolizma glikogena, ki predstavlja dodaten način, na katerega lahko CaM nadzoruje reakcije. Lahko deluje na kalmodulin kinazo – podskupino kinaz, specializiranih za odziv na kalmodulin. Kinaze beljakovinam dodajo fosfatno skupino, razgradnjo glikagona pa izvaja encim, imenovan fosforilazna kinaza, ki ima več podenot. Ena od njih je regulativna enota in zahteva zavezovanje s strani CaM za dejavnost.
Kalmodulin se nahaja na mnogih mestih znotraj celice, vključno z membranama ER in SR. Deluje tudi pri signalizaciji znotraj celice. Ta molekula ima podobno strukturo med različnimi organizmi, kar kaže, da je njena struktura zelo pomembna za njeno delovanje. Raznolikost procesov, ki jih posreduje vezava kalmodulina, je pokazatelj pomena kalcija pri uravnavanju celičnih odzivov.