细胞生物学中一个令人关注的话题就是细胞内蛋白信号的传播机制问题。更确定地说，在单细胞水平，细胞内的信号转导通路如何把胞外信号从细胞膜传递到细胞核。信号分子的时空活性直接影响细胞内空间蛋白信号的传播，进而控制关键的细胞过程。本博士论文从生物物理学的观点瞄准阐明细胞内蛋白信号的传播机制，主要研究结果如下： （1）我们提出了一种利用并行的活性丝裂蛋白激酶（MAPK）信号转导通路之间的串话来传递信号的机制。对于球状细胞，我们发现单向和双向的串话都能够在加强磷酸化的反应机制下使磷酸蛋白信号从细胞膜传递到细胞核的外周。另外，我们还发现，在通路间的不同耦合强度下，双磷酸化的MAPK在细胞液中呈现出不同的空间分布。 （2）我们调查了正反馈环路在空间磷酸蛋白信号传播中的潜在作用。为此，我们考虑一个结构为四层的蛋白激酶级联通路，其中每层只涉及单磷酸化/去磷酸化反应环路。在小细胞情形，我们对短距离信号传送提出一个短程正反馈，它通过产生双稳性把磷酸蛋白信号从质膜传播到核膜。然而，在大细胞情形，短程正反馈环路不能传送磷酸蛋白信号到远距离。为克服此缺陷，我们又提出了一种长程正反馈机制，它能够辅助磷酸蛋白信号传播到远距离。 （3）基于最新提出的反应扩散MAPK级联通路模型，我们调查了噪声对细胞内信号转导通路中信号传播的正面效果。对于球状细胞，我们发现胞内和胞外噪声都能够促进信号以磷酸蛋白波的形式从胞膜传送到细胞核外周，并促成双磷酸化的MAPK在细胞液中呈现出空间梯度分布。 （4）活性细胞不时地勘察环境变化（如随机波动），并利用特点蛋白（如信号分子）做出适当响应（甚至在细胞间没有通讯的情形下）。假如不考虑细胞内信号传播的空间因素，我们调查了噪声对相互独立细胞的群体行为的影响。利用数学模型，我们显示出：一个公共的、噪声的信号分子能够诱导大肠杆菌里相互独立的基因振子从非同步到相同步的转移，导致细胞群体的节律行为。 我们的研究结果蕴含着：串话、正反馈环路和噪声可能被生命组织或系统利用来传递空间信息并且调节细胞内部过程。我们的研究为理解细胞过程奠定了理论基础。