Ca2+泵分布在动,植物细胞质膜,线粒体内膜,内质网样囊膜(SER-like organelle),动物肌肉细胞肌质网膜,植物叶绿体膜上上,是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白,它是Ca2+激活的ATP酶,每水解一个ATP转运两个Ca2+到细胞内,形成钙离子梯度.通常细胞质游离Ca2+浓度很低,约10-7~10-8摩尔/升,细胞间液Ca2+浓度较高,约5×10-3摩尔/升.胞外的Ca2+即使很少量涌入胞内都会引起胞质游离Ca2+浓度显著变化,导致一系列生理反应.钙流能迅速地将细胞外信号传入细胞内,因此Ca2+是一种十分重要的信号物质.线粒体内腔,肌质网,内质网样囊腔中含高浓度的Ca2+,浓度大于10-5摩尔/升,名为"钙库".在一定的信号作用下Ca2+从钙库释放到细胞质,调节细胞运动,肌肉收缩,生长,分化等诸多生理功能.

Ca离子的结合域是由4个α-螺旋组成的跨膜区(蛋白质编号leul).图中所展示的就是一个通道螺旋(蛋白质编号1eul)。两个蓝绿色的球表示钙离子，它们被负责收集的氨基酸所固定。这些氨基酸即是图中的球和棍。这两个钙离子可以协调这些蛋白亚基在各个方向上的平衡。若Ca离子位置发生改变,则该蛋白的稳定性大大降低.可参看无Ca离子状态时的钙泵结构(蛋白质编号liwo)。例如:当加入一种可结合于Ca离子结合位点邻近区域从而使钙蛋白处于一个稳定但失活状态的药物分子时,钙泵就会很快被溶解。

(1)红血球的细胞内外Ca2+的浓度梯度很大，可以认为这是由存在于膜上的Ca2+依赖性ATP酶所引起的Ca2+的主动排出;

(2)肌浆网是靠膜上的Mg2+、 Ca2+ATP酶来进行Ca2+的主动运输的;

(3)线粒体膜依靠电子传递能，以1∶1之比摄取Ca2+和磷酸;

(4)小肠粘膜上皮细胞从食物中摄取Ca2+，此时维生素D是必需因子。所有这些都可称作钙泵，但狭义的是指(1)和(2)，而(4)是横贯细胞的运输，其余的都是膜内外之间的运输。

钙泵是一个很奇怪的"机器"，是由好几个可运动部分组成。如图所示(蛋白质编号1eul)它有很大一部分伸出内质网，还有一部分在内质网膜内起固定作用，整个形状像一个贯穿膜的通道。每水解一个ATP，它可转运两个钙离子(如图蓝色部分所示)进入肌质网，同时，转运两到三个氢离子离开肌质网。当泵出钙离子时，钙泵发生弯曲和收缩。