铜离子是生物体必不可少的金属离子;然而铜离子过量时对生物体是有害的。生物体必须把体内铜离子的浓度控制在一个不多不少的范围，避免铜离子太少导致铜离子匮乏和铜离子太多造成铜离子毒性。铜离子的平衡是由所谓的铜离子稳态平衡过程维持的。铜离子稳态的失衡是导致Menkes综合症和Wilson病的原因，铜离子被发现与多种神经退行性疾病，如肌萎缩侧索硬化症(family amyotrophic lateral sclerosis,fALS)，疯牛病(Prion disease),Aceruloplaminemia,老年痴呆症(Alzheimers disease)和帕金森综合症(Parkinsons disease)相关。有关铜离子稳态平衡的关键问题是细胞是怎样感应铜离子浓度的降低，铜离子生物信号的本质是什么，铜离子信号是怎样传导的。这些都是目前还没有被完全解释的问题。我们研究了酵母细胞的铜离子感应性转录因子MAC1基因本身的转录是怎样被调节和控制的。我们的研究发现MAC1基因的转录是由三个启动子调控。启动子Ⅰ是酵母细胞在需要铜离子的生存环境所需的;启动子Ⅱ为酵母耐高温所需的。启动子Ⅲ位于MAC1基因的开放阅读框（ORF）之内。点突变和系统缩短启动子的实验发现在启动子Ⅰ区域存在转录因子Gcn4的负调控顺式作用元件，细胞周期性转录因子Ace1/Swi5的正调控顺式作用元件。我们在启动子Ⅰ还发现细胞周期性顺式作用元件ECB。重要的是，我们发现MAC1和其下游靶点基因CTR1是酵母细胞耐高温必不可少的;mac1Δ和ctr1Δ突变酵母细胞不再能够在39℃温度下生长。进一步的研究发现MAC1和CTR1在酵母细胞耐高温过程中的作用是提供细胞铜离子，铜离子是酵母细胞耐高温所必需的。我们的研究结果揭示铜离子的稳态平衡和一些基础的生理过程是紧密相连的。铜离子的信号传导很可能是和氨基酸的合成还有细胞周期的基础生物过程相关联。　　MAC1和CTR1的耐高温功能的发现促使我们展开了对细胞的耐高温作用机理的研究，细胞是怎样耐高温仍然是生命科学领域的一个悬而未决的基础问题。我们发现以铜作辅基的超氧化物歧化酶Cu，ZnSod(Sod1)是细胞耐高温所必需的，sod1Δ突变酵母细胞不再能够在39℃温度下生长。Sod1是著名的抗氧化酶，催化超氧自由基发生歧化分解反应从而抵抗氧化应激。人体Sod1的突变导致家族性肌萎缩侧索硬化症（fALS）。然而，目前还不知道Sod1的确切生理功能，以及Sod1突变是怎样造成fALS。本论文的研究还发现Sod1在Ca2+离子平衡中起重要作用;sod1Δ突变酵母细胞积累过量的Ca+离子，不能够在含有5mMCa2+离子的培养基生长。我们提供实验证据显示Sod1是通过维持Ca2+离子平衡来使细胞具有耐高温的能力;定位表达在线粒体膜间腔的Sod1就足以使酵母细胞耐高温。尤其重要的是，我们发现在人体中导致家族性肌萎缩侧索硬化症fALS的Sod1突变G85R和G93A使酵母细胞Ca2+离子失衡、丧失耐高温的能力。再者，我们发现敲除酵母细胞泛素化酶Rsp5的结合因子BSD2基因能够纠正sod1Δ突变酵母细胞的Ca2+离子平衡和耐高温缺陷。我们的研究表明Sod1在细胞体内具有耐高温的生理功能，同时预示fALS可能是由Ca2+平衡的缺陷造成的。因此，我们的发现对研究细胞的耐高温机理有得要的启发作用，同时也拓宽了对细胞内铜离子生理功能的认识。