Ca²⁺-ATPasen, Calciumpumpen, in der Plasmamembran aller Eukaryonten vorkommende Enzyme, die Ca²⁺-Ionen aus dem Cytosol herauspumpen. Die dafür erforderliche Energie wird durch ATP-Hydrolyse bereitgestellt. Die cytosolische Ca²⁺-Konzentration ist mit ±10-⁷M im Vergleich zum extrazellulären Raum (~10-³M) und endoplasmatischen Reticulum (ER) relativ hoch. Wenn durch ein Signal Calciumkanäle in einer Membran geöffnet werden und Ca²⁺-Ionen als sekundären Boten freisetzen, erfolgt durch die drastische Erhöhung der Ca²⁺-Konzentration eine Aktivierung der Ca²⁺-A. Die Plasmamembran und das ER (sarkoplasmatisches Reticulum in der Muskelzelle) enthalten jeweils eine P-Ca²⁺-A. Auf der cytoplasmatischen Seite werden zwei Ca²⁺-Ionen mit hoher Affinität gebunden, dadurch wird gleichzeitig die ATP-Bindungsstelle aktiviert und lagert ein Molekül ATP an. Durch die anschließende ATP-Hydrolyse kommt es zu einer Konformationsänderung der Ca²⁺-A., wodurch zwei Ca²⁺-Ionen über einen Kanal durch die Membran geschleust und nur mit geringer Affinität an der extraplasmatischen Seite der Ca²⁺-A. gebunden werden. Nach Abgabe der Ca²⁺-Ionen in das Lumen des sarkoplasmatischen Reticulums wird in einem Folgeschritt der Phosphatrest vom Translokator abgespalten, wodurch dieser in die ursprüngliche Konformation zurückgeführt wird. Muskel- und Nervenzellen besitzen eine zusätzliche Ca²⁺-A., die den Ausstrom von Ca²⁺-Ionen mit dem Einstrom von Na⁺-Ionen koppelt. Eine solche Ca²⁺/Na⁺-Pumpe hat eine vergleichsweise niedrige Affinität für Ca²⁺-Ionen, so dass es erst durch einen cytosolischen Anstieg der Ca²⁺-Konzentration auf das Zehnfache des Standardwertes, wie es bei wiederholter Stimulierung von Muskel- bzw. Nervenzellen der Fall ist, zum Austausch kommt. Die Ca²⁺-A. in der ER-Membran nimmt entgegen dem Konzentrationsgradienten große Mengen an Ca²⁺-Ionen selbst dann noch aus dem Cytosol auf, wenn dessen Ca²⁺-Spiegel schon relativ niedrig ist.