Первичный океан содержал преимущественно K⁺ и Mg²⁺, и потому появившиеся в ходе эволюции белки функционируют наилучшим образом именно в такой среде. Со временем состав морской воды изменился так, что преобладающими ионами стали натрий и кальций. В результате для обеспечения условий функционирования внутриклеточных белков потребовался механизм ограничения концентраций натрия и кальция в клетках при сохранении калия и магния. Таким механизмом стали связанные с мембраной натриевый насос и кальциевый насос , способные поддерживать высокий (1000- кратный в случае кальция) градиент концентрации иона между цитозолем и внеклеточной жидкостью. У современных многоклеточных организмов натрий и кальций - это основные ионы внеклеточной среды. Гормоны и другие биологически активные вещества вызывают быстрые кратковременные изменения тока ионов кальция через плазматическую мембрану клетки и от одного внутриклеточного компартмента к другому. В итоге ионы кальция служат внутриклеточным медиатором, воздействующим на разнообразные обменные процессы.

В механизм гомеостаза кальция включены три гормона - паратиреоидный ( ПТГ ), кальцитриол [ 1,25-(OH)₂-D3 ] и кальцитонин ( КТ ), - которые действуют на три органа: кости почки и кишечник ( рис 16-7сер ). При падении уровня ионизированного кальция в плазме ниже допустимой границы . Это соединение, называемое теперь кальцитриолом , - активная форма того, что раньше называли витамином D . Кальцитриол влияет на кишечник, усиливая всасывание кальция, и, по-видимому, играет пермиссивную роль в эффекте ПТГ на кости и почки.

Координированные действия этих агентов направлены на увеличение уровня кальция во внеклеточной жидкости при постоянстве или снижении уровня фосфата. Как только концентрация внеклеточного кальция возвращается к норме, секреция ПТГ по механизму обратной связи снижается. Увеличение концентрации кальция тормозит и образование кальцитриола (частично через снижение ПТГ), причем одновременно возрастает количество неактивных продуктов метаболизма этого соединения. Все это приводит к уменьшению всасывания кальция в кишечнике и снижению влияния ПТГ на почки и скелет. У некоторых животных при возрастании внеклеточного уровня кальция усиливается секреция кальцитонина (КТ) К-клетками щитовидной железы или ультимобранхиальными тельцами . У человека роль КТ в гомеостазе кальция (в норме) остается неясной; по некоторым данным, полученным in vitro, КТ может тормозить резорбцию костей.