遗传基因决定生物细胞的基本模式，基因表达通常比较稳定。细胞的新陈代谢和生长发育其实在很大程度上还受控于细胞内外环境的刺激，而且环境信息比较多变，尤其是细胞外界环境刺激种类繁多，通过细胞膜上的特定受体将第一信使传递到细胞内部的第二信使，进而影响细胞的各项生命过程，称为“细胞信号传导”，已经成为国际上的一大热门课题。 钙离子是细胞内一个非常重要的第二信使，几乎参与了细胞所有的生理过程，尤其是其病理调控能力对人类疾病控制和治疗具有非常重要的意义。钙信号传导体系是细胞信号传导系统中非常基础的环节，对外界环境刺激的响应尤为明显。尤其是近年来对老年痴呆症的研究发现，其发病机制与钙信号传导体系之间关系密切，钙离子的病理调控特性为老年痴呆症提供了许多潜在的治疗手段。本论文主要研究了两种外界环境刺激对细胞内钙信号传导体系的作用机制，通过动力学模型的方法，揭开信号传递的本质。 1．ATP诱导的细胞内钙振荡ATP是生物细胞常见的一种胞外刺激，实验发现其诱导的细胞内钙响应通常以振荡的形式出现，振荡特征与ATP的浓度相关，并且在某些细胞中还发现这种钙响应伴随着振荡的突然消失现象。我们通过模型研究发现，ATP诱导的钙振荡主要是细胞内钙库钙释放和细胞膜上钙泵共同作用的结果，细胞外的钙内流补充不断损耗的钙库来维持振荡，同时细胞内生的钙结合蛋白对钙离子浓度的变化起到了一定的缓冲作用。这些基础研究能够帮助我们深入理解钙信号的传导途径，尤其是其包含的各种生物化学过程的具体作用机制。 2．Aβ诱导的细胞内钙响应环境污染物中普遍存在的某些重金属离子(如Cu<2+>、Zn<2+>)一旦被人体吸收进入脑部神经细胞后，极容易诱导Aβ淀粉样蛋白的聚积，产生神经炎斑，加剧老年痴呆症的发病。实验发现，Aβ的聚积一般发生在细胞间隙，也能够作为一种胞外刺激诱导细胞内的钙响应，改变细胞内的钙稳态平衡，进而影响神经细胞的各项生理机能。通过模型研究，初步认为：Aβ诱导的钙响应主要是由于Aβ对细胞膜上K<+>通道的阻塞作用引起细胞膜电势的改变，从而造成胞外Ca<2+>的大量内流，引起细胞内Ca<2+>浓度的急剧增高：增高了的Ca<2+>又会激活内质网膜上的RyR受体，进而诱导钙库缓慢的钙释放，使得钙响应能够持续相当长的一段时间。