أيونات الكالسيوم منظم مهم لعمليات خلوية متنوعة بما في ذلك التقلص العضلي والإفراز وتخثر الدم وفعالية الإنزيمات والاستثارية الغشائية. وهو أيضاً مرسال داخل خلوي للفعل الهرموني.

1. استقلاب الكالسيوم Calcium Metabolism

يبلغ تركيز أيونات الكالسيوم خارج الخلوي نحو 5 ممول /ل، وهو يخضع لضبط صارم للغاية، ورغم الكميات المعقولة المرتبطة بالعضيات الخلوية (متقدرات وشبكة هيولية باطنية)، يكون تركيز هذا الأيون الحر داخل الخلية منخفضاً جداً 0.05-10 مكمول /ل. ورغم الممال التركيزي والكهربائي المرتفعين عر الغشاء، وهما لصالح عبور الأيونات إلى الخلية، فالكالسيوم ممنوع من الدخول، وتصرف كميات كبيرة من الطاقة لضمان ضبط تركيزه داخل الخلوي (ارتفاعه المطوّل سام جداً). يتحقق ذلك من خلال:

- مبادلة الصوديوم والكالسيوم: تطرد الأخير خارج الخلية بسعة عالية لكن ألفتها منخفضة؛

- أتباز الكالسيوم المعتمدة على البروتونات: تطرده بالتبادل مع البروتونات بسعة منخفضة وألفة عالية تجاه الكالسيوم، وربما تكون مسؤولة عن التوليف الدقيق لأيونات الكالسيوم في العصارة الخلوية؛

- مضخات أتباز الكالسيوم: تضخ أيوناته إلى الشبكة الهيولية الباطنة.

وهناك ثلاث طرائق لتغيير مستوى أيونات الكالسيوم في العصارة الخلوية:

- تعزز بعض الهرمونات (المجموعة II-C) النفوذية الغشائية لأيونات الكالسيوم فتزيد تدفقها إلى الخلية من خلال ارتباطها بمستقبلات هي ذاتها قنوات لهذه الأيونات (المبادلة على الأرجح).

- تعزز الهرمونات أيضاً تدفق الكالسيوم بشكل غير مباشر من خلال تعديل كمون الغشاء البلازمي، فترع الاستقطاب يفتح قنوات الكالسيوم المبوبة بالفولتاج ويزداد دخوله إلى الخلية.

 - تحريك أيونات الكالسيوم من تجميعته في الشبكة الهيولية الباطنة، وربما من المتقدرات أيضاً.

2. الكالموديولين Calmodulin

وهو البروتين المنظم المعتمد على الكالسيوم، ويماثل البروتين العضلي "التروبوتين C" في البنية والوظيفة وهو يمتلك أربعة مواضع لارتباط أيونات الكالسيوم يؤدي إشغالها التام إلى تبدل جلي في هيئته الفراغية تمكنه من تنشيط إنزيمات أو قنوات أيونية (تماماً كما هو حال ارتباط cAMP بكيناز البروتين A).

وهو قد يكون أحد الوحيدات المتعددة لبروتينات معقدة، ويشارك خصوصاً في تنظيم مختلف إنزيمات الكيناز وتوليد النوكليوتيدات الحلقية وتقويضها. ويعرض الجدول 1 قائمة جزئية بالإنزيمات التي تنظم بشكل مباشر أو غير مباشر بأيونات الكالسيوم، على الأغلب من خلال الكالموديولين.

جدول (1) الانزيمات والبروتينات التي ينظمها الكالسيوم او الكالموديولين .

 وبالإضافة لتأثيرات معقد الكالسيوم والكالموديولين في الإنزيمات ونقل الأيونات، فهو ينظم فعالية العديد من العناصر البنيوية في الخلية والتي تشمل معقد الأكتين - ميوزين في العضلات الملساء، والذي يخضع للضبط الأدريني بيتا، ومختلف العمليات المتواسطة بالخُييطات في الخلايا غير القلوصة ومنها تحرك الخلية وتبدلات الهيئة الفراغية والانقسام الفيتلي (التفتل) وتحرر الحبيبات والالتقام.

3. الكالسيوم وسيط في آلية عمل الهرمونات

 أوحت الملاحظات التالية بدور أيونات الكالسيوم في آلية عمل الهرمونات فقد وجد أن تأثير العديد من الهرمونات (1) يتناقص في وسط خال من Ca⁺² أو عند نفادها داخل الخلية؛ (2) يمكن محاكاته بعوامل تزيد Ca⁺² في العصارة الخلوية؛ و (3) يؤثر في تدفق الكالسيوم الخلوي. وتنظيم استقلاب الغليكوجين في الكبد من قبل الفازوبريسين والكاتيكولامينات أدرينية الفعل ألفا أفضل مثال.

 وتنظم العديد من الإنزيمات الاستقلابية المحورية بأيونات الكالسيوم أو بالفسفتة أو بكليهما، ومنها مخلقة الغليكوجين وكيناز البيروفات وكربوكسيلاز البيروفات ونازعة هيدروجين الغليسيرول 3- فسفات ونازعة هيدروجين البيروفات.

4 - يؤثر استقلاب فسفاتيديل الإينوزيتيد في الفعل الهرموني المعتمد على أيونات الكالسيوم

 يجب أن تؤمن بعض الإشعارات تواصلا بين المستقبل الهرموني على الغشاء البلازمي و مخازن Ca⁺² داخل الخلوية. ويتحقق ذلك بنواتج استقلاب فسفاتيديل الإينوزيتول، إذ توجد مستقبلات على السطح الخلوي (كمستقبلات أسيتيل الكولين و ADH والكاتيكولامينات من النمط الفا₁) تصبح مفعلات قوية لإنزيم الفسفوليباز C عندما ترتبط بلجائنها النوعية ويقترن ارتباط المستقبل وتفعيل الفسفوليباز C بالبروتين G_q (الجدول 2 والشكل 1 )  وتحفز الفسفوليباز C حلمهة فسفاتيديل الإينوزيتول 5.4- ثنائي الفسفات إلى ثلاثي فسفات الإينوزيتول (IP₃) و 1،2- ثنائي أسيل الغليسيرول (الشكل 3)

جدول ( 2) صنوف البروتينات G ووظائفها .

الشكل (1) تؤدي تآثرات مستقبلات مع هرمونية معينة إلى تنشيط الفسفوليباز. C ويبدو أن هذا يتضمن بروتين G نوعي قد ينشط أيضاً قناة للكالسيوم. ويولّد عمل الفسفوليباز C ثلاثي  فسفات الإينوزيتول (IP₃) التي تحرر الكالسيوم من مخازنه داخل الخلوية، وثنائي أسيل الغليسرول، الذي ينشط كيناز البروتين (PKC) C ليقوم بفسفتة ركائز نوعية ما يفضي إلى استجابات فيزيولوجية. وبالمثل فمعقد الكالموديولين مع الكالسيوم ينشط إنزيمات كيناز نوعية (يظهر منها اثنتان في الشكل) تقوم بفسفتة الركائز ، وهذا يقود إلى تبدل الاستجابات الفيزيولوجية. كما يظهر الشكل دخول الكالسيوم إلى الخلية من قنوات الكالسيوم المبوبة بالفولتاج أو باللجين .

 ثنائي أسيل الغليسيرول بحد ذاته قادر على تنشيط كيناز البروتين C و اختصارا (PKC) التي تعتمد فعاليتها أيضا على أيونات الكالسيوم . أما IP₃، و من خلال تأثره مع مستقبل نوعي داخل الخلية، فهو مطلق فعال للكالسيوم من مخازنه داخل الخلوية كالشبكة الهيولية العضلية والمتقدرات (الشكل 1). وكما هو موضح في الشكل 1 يمكن أن يكون لتفعيل البروتينG  تأثيره المباشر أيضا على قنوات الكالسيوم. وهكذا، تؤدي حلمهة فسفاتيديل الإينوزيتول 4، 5-ثنائي  الفسفات إلى تنشيط كيناز  البروتين C وتحريض زيادة أيونات الكالسيوم في الهيولى. ويستطيع كيناز البروتين C المفعل أن يفسفت ركائز نوعية، وبالتالي تغيير عمليات فيزيولوجية. وكذلك تؤدي زيادات أيونات الكالسيوم الخلوية تفعيل الكينازات المعتمدة على معقد الكالسيوم والكالموديولين فضلاً عن العديد من الإنزيمات الأخرى المعتمدة على هذا المعقد.

الشكل (2) يشطر الفسفوليباز C فسفاتيديل الإينوزيتول 4،5- ثنائي الفسفات (PIP₂) إلى ثلاثي فسفات الإينوزيتول (IP₃) وثنائي أسيل الغليسرول . ويكون R1 عموما الستيارات و R2 الأراكيدونات. يمكن نزع الفسفات من IP₃ (ليعطي الشكل ثنائي الفسفات العاطل) أو فسفتته (إلى الشكل رباعي الفسفات الأكثر فعالية).

وقد سجل أنّ العوامل المولدة للستيروئيدات (وتضم ACTH و cAMP في قشر الكظر، والأنجيوتنسين II و K⁺ والسيروتونين و ACTH و cAMP في المنطقة الحبيبية من قشر الكظر، وLH في المبيض، وLH و cAMP في خلايا ليديغ بالخصية) تترافق مع ازدياد كميات كل من حمض الفسفاتيديك وفسفاتيديل الإينوزيتول وعديدات الفسفوإينوزيتيد في أنسجتها الهدفية. ويمكن مصادفة أمثلة أخرى أيضاً.