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所有的生理活动都受到Ca2+的调控，Ca2+作为细胞信使的基础是胞浆Ca2+与胞内钙库或胞外Ca2+之间存在浓度梯度。Ca2+信号非常灵活，同时又受到严格的控制。Ca2+在细胞功能的调节作用极大，在神经传导、肌肉收缩、形态变化、神经细胞老化、腺体细胞的分泌和视网膜细胞的信号传递等生理过程都有Ca2+的调节参与。细胞的许多功能都依赖于细胞内外极高的Ca2+浓度差，一旦这种浓度差减低，细胞功能就会受到损伤，甚至引起细胞死亡。胞浆内Ca2+来源于两个方面：
一种是外钙进入途径。钙通道是一类跨膜糖蛋白，形成一种近似漏斗的亲水小孔，主要分成三大类：电压门控的钙通道（VOC）、受体门控的钙通道（ROC）和钙库控制的钙通道（SOC）。其中，电压门控钙通道可催化快速，高度选择性的Ca2+流入细胞。
另一主要来源是内部存储，其主要位于内质/肌质网（ER/SR）中。胞内存在两种钙释放通道，IP3和RYR受体通道将钙离子从ER/SR钙库中释放出来。这些通道的主要激活剂是Ca2+本身，而Ca2+诱导的Ca2+释放的这一过程是Ca2+信号传导机制的中心。各种第二信使或调节剂也控制Ca2+的释放。IP3通过磷脂酶C途径调节IP3R。环状ADP-核糖（cADPR）通过RYRs释放Ca2+。烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸酯（NAADP）刺激Ca2+从酸性存储（如溶酶体）中释放出来，是一种高度有效的钙动员第二信使。通过NAADP敏感机制释放的Ca2+也可能反馈到RYR或IP3R上。cADPR和NAADP由CD38生成。该酶可能对细胞代谢敏感，因为ATP和NADH抑制了它。
此外，线粒体的钙离子摄取，对于细胞的生存和死亡非常关键。位于线粒体内膜上的钙单向转运体，负责介导钙离子的摄取，这一复合体包括两个组分，选择性钙离子通道MCU及其调节子MICU1。
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