熊孝尊

(四川省成都市新都區(qū)升庵中學(xué) 610500)

“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性”是人教版高中生物學(xué)教材必修1第2章第2節(jié)“蛋白質(zhì)——生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者”的重難點(diǎn)。很多教師運(yùn)用模型構(gòu)建法來進(jìn)行教學(xué)，如“彩色卡紙法”“人體自身教具法”和“連鎖法”[1]等。塑料積木具有色彩鮮艷、形態(tài)多樣、拆卸方便和不易損壞等特點(diǎn)，是生物學(xué)教學(xué)制作教具的理想材料。塑料積木經(jīng)過簡(jiǎn)單改造，可彌補(bǔ)其他模型的缺陷，使之更貼合教學(xué)實(shí)際，極大地提高生物學(xué)教學(xué)效率。本文以“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性”一節(jié)為例，以塑料積木模型為載體，闡述組織學(xué)生開展模型構(gòu)建的方法與過程。

1 塑料積木自制教具的過程

1.1 制作材料 塑料積木、直徑1.5 cm的圓形小磁鐵(圖1)。

圖1 塑料積木蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(含二硫鍵)模型

1.2 制作方法 根據(jù)實(shí)際需要，在一些積木頭部的凹槽里嵌入磁鐵。

1.3 主要功能 本教具應(yīng)用于“蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性”的教學(xué)，可幫助學(xué)生掌握：①氨基酸的結(jié)構(gòu)；②氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程；③蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因；④蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)、肽鏈條數(shù)、肽鍵數(shù)、脫水?dāng)?shù)、游離的氨基數(shù)與羧基數(shù)和相對(duì)分子質(zhì)量減少量等數(shù)量關(guān)系等知識(shí)。

1.4 教具特點(diǎn) 該教具的特點(diǎn)：①外形形象、色彩鮮艷、可愛輕巧和拆裝方便；②制作材料常見易得、方法簡(jiǎn)單、節(jié)約時(shí)間、節(jié)省空間和全員參與；③成本低廉、可重復(fù)使用。

2 積木模型在教學(xué)中應(yīng)用

2.1 觀察類比 學(xué)生閱讀氨基酸的結(jié)構(gòu)通式，并與積木教具進(jìn)行對(duì)比。嘗試描述積木與氨基酸結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。積木與氨基酸通式的結(jié)構(gòu)十分相似，學(xué)生很容易總結(jié)出如下結(jié)論：積木的軀干代表中心碳原子、頭部代表R基、左手代表氨基(羧基)、右手代表羧基(氨基)和下肢代表氫基。不同積木顏色不同，即R基決定氨基酸的種類。兩個(gè)積木的左手右手交叉組合，可以類比脫水縮合過程(圖1)。

2.2 分組合作 教師給每個(gè)小組提供一個(gè)工具袋，內(nèi)裝30個(gè)積木(其中有若干個(gè)積木頭部的凹槽里含有磁鐵)，一張白紙，學(xué)生任選若干個(gè)積木模擬氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程，并在白紙上標(biāo)明所用氨基酸的數(shù)目和肽鏈的條數(shù)。不到五分鐘，所有小組都完成蛋白質(zhì)模型的構(gòu)建。但是，學(xué)生會(huì)簡(jiǎn)單認(rèn)為盤曲折疊就是肽鏈的不規(guī)則彎曲,現(xiàn)行的高中生物學(xué)教材要求學(xué)生能闡明蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，會(huì)解釋蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因。盤曲折疊是形成蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的重要過程，盤曲折疊方式的不同，也是導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因之一。而教材只在插圖中呈現(xiàn)了肽鏈盤曲折疊的形態(tài)，學(xué)生通過觀察難以想象蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)形成的過程，對(duì)于盤曲折疊的方式不同也沒有直觀的認(rèn)識(shí)。

二硫鍵參與蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，也是形成高級(jí)結(jié)構(gòu)的共價(jià)鍵。習(xí)題中通常以二硫鍵的形成展示肽鏈盤曲折疊的方式。因此，有必要以二硫鍵的形成為例，帶領(lǐng)學(xué)生探索盤曲折疊的具體過程。教師展示結(jié)晶牛胰島素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(內(nèi)含二硫鍵)(圖2)，描述二硫鍵的形成過程：兩個(gè)—SH脫去氫，連接在一起形成二硫鍵(—S—S—)，二硫鍵可以在肽鏈內(nèi)部形成，也可以在肽鏈之間形成。設(shè)問：二硫鍵的形成涉及到氨基酸的哪部分結(jié)構(gòu)？學(xué)生在認(rèn)真觀察后，就不難答出：-SH存在于氨基酸的R基中，因此氨基酸的R基之間可以形成二硫鍵。教師提示積木頭部?jī)?nèi)的磁鐵代表R基中的-SH，指導(dǎo)學(xué)生調(diào)整肽鏈盤曲折疊的方式(圖1)。

2.3 組間交流 學(xué)生分組互相觀察并指出有無連接錯(cuò)誤，及時(shí)改正。學(xué)生通過組間對(duì)比，發(fā)現(xiàn)各小組的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)均不同。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有多樣性及其原因，并強(qiáng)調(diào)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由控制其合成的遺傳物質(zhì)決定的，同種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有特異性，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)時(shí)的辯證思維，并為必修2“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成”的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

圖2 結(jié)晶牛胰島素的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.4 列表歸納 各小組觀察各自構(gòu)建的蛋白質(zhì)模型，找出其中的數(shù)量關(guān)系，并列表歸納。各小組找出的數(shù)量關(guān)系不盡相同，通過歸納總結(jié)法，匯總得出各種數(shù)量關(guān)系。如在氨基酸形成蛋白質(zhì)的過程中，相對(duì)分子質(zhì)量減少量=18×脫水?dāng)?shù)。根據(jù)二硫鍵的形成過程，有學(xué)生指出：相對(duì)分子質(zhì)量減少量=18×脫水?dāng)?shù)+2×二硫鍵數(shù)。期間，有學(xué)生提出問題：一條肽鏈兩端的氨基和羧基是否可以脫水縮合。教師贊賞仔細(xì)觀察、善于思考的學(xué)生，并給予肯定的回答。順勢(shì)提出環(huán)肽的概念，并引導(dǎo)學(xué)生適度拓展，重新歸納環(huán)肽中各種數(shù)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系是否發(fā)生變化？有什么樣的變化？

3 總結(jié)與反思

蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)包括：一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，有些甚至還有四級(jí)結(jié)構(gòu)。課后還可安排學(xué)生以“蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)”為題，撰寫學(xué)習(xí)報(bào)告。利用自習(xí)課進(jìn)行小組交流，拓展學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生收集信息、解決問題的能力，提高寫作水平和語言表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生研究生物學(xué)的興趣。