詹琪芳

摘要 教具將mRNA、tRNA和核糖體具象化，通過(guò)mRNA與核糖體間的動(dòng)態(tài)滑動(dòng)使有關(guān)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程的教學(xué)活動(dòng)更加直觀化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)微觀現(xiàn)象的理解，利于學(xué)生運(yùn)用教具進(jìn)行互動(dòng)，探究基因突變與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能之間的關(guān)系，更好地樹(shù)立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

關(guān)鍵詞 蛋白質(zhì) 模型制作 動(dòng)態(tài)

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

蛋白質(zhì)合成翻譯階段是學(xué)生普遍難以理解的抽象知識(shí)，學(xué)生對(duì)mRNA上的核糖核苷酸序列是如何決定氨基酸的排列往往感到困惑。目前大部分教師多采用視頻動(dòng)畫(huà)來(lái)演示，學(xué)生只能從畫(huà)面中認(rèn)識(shí)翻譯過(guò)程，不能親自參與互動(dòng)，且僅局限于信息化設(shè)備支持的學(xué)校。筆者自制的這套蛋白質(zhì)合成過(guò)程翻譯階段動(dòng)態(tài)模擬裝置可以解決mRNA上的密碼子、tRNA上的反密碼子與氨基酸的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，基因突變引起的密碼子改變導(dǎo)致的氨基酸種類(lèi)、數(shù)目、序列的變化，氨基酸在核糖體中形成蛋白質(zhì)的脫水縮合反應(yīng)等教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使微觀的現(xiàn)象可視化、直觀化和形象化。

1材料準(zhǔn)備

高密度泡沫圓板、軟性磁鐵、超強(qiáng)磁鐵塊、魔術(shù)貼、雪弗板、橡皮條、PVC管、羊眼圈、木條、細(xì)鐵絲、棉線、長(zhǎng)釘、丙烯顏料等。

2模型設(shè)計(jì)與制作

2.1核糖體的制作

用直徑分別為40cm和50cm、厚度為4cm的泡沫圓板代表核糖體的小、大亞基，二者緊密排列并用PVC管加橡皮條制成聯(lián)動(dòng)裝置，圓心固定在雪弗板的背景板上。

2.2mRNA的制作

將泡沫小方塊粘到魔術(shù)貼上，并在小方塊上粘上強(qiáng)力磁鐵，將代表核糖核苷酸的軟磁鐵剪成1/3小方塊大小吸附在上面表示組成密碼子的核苷酸。

2.3tRNA的制作

用羊眼圈連接一長(zhǎng)一短兩根平行的細(xì)木條，3個(gè)小半圓泡沫粘在相應(yīng)位置代表tRNA上的3個(gè)環(huán)，其中最下面的環(huán)粘上超強(qiáng)磁鐵，再將軟磁鐵剪成的半圓形的反密碼子吸附在上面。將tRNA用長(zhǎng)釘懸掛固定在小亞基上。

2.4氨基酸的制作

用不同顏色、不同形狀的泡沫小塊代表蛋白質(zhì)的20種氨基酸，一端插入連有紅棉線磁鐵的銅絲代表氨基，另一端插入連有白棉線磁鐵的銅絲代表羧基。

3模型的原理及演示過(guò)程

將教具豎直放置在水平桌面上，把代表mRNA的長(zhǎng)條卡入小圓的鋸齒中，并使密碼子與代表tRNA的反密碼子序列對(duì)齊（圖1）。mRNA長(zhǎng)條沿著鋸齒拖動(dòng)，大、小亞基相應(yīng)滾動(dòng)，模擬核糖體在mRNA分子上的滑動(dòng)過(guò)程;小亞基中的tRNA與mRNA的小方塊結(jié)構(gòu)相匹配，模擬反密碼子與密碼子的識(shí)別及短暫結(jié)合過(guò)程;兩個(gè)相鄰tRNA手臂上攜帶的氨基酸之間通過(guò)超強(qiáng)磁鐵的吸力相互連接表示氨基酸之間的脫水縮合形成肽鍵的反應(yīng);mRNA上的軟磁鐵的改變模擬基因突變?cè)斐傻耐x突變、錯(cuò)義突變、無(wú)義突變等可能導(dǎo)致的氨基酸的改變。

3.1翻譯的起始

左手拉動(dòng)mRNA分子，大、小亞基隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到起始密碼子（AUG或GUG）時(shí)，可以取下tRNA上的反密碼子磁鐵，寫(xiě)上此時(shí)代表的核糖核苷酸序列，并將其攜帶的第1個(gè)氨基酸（甲硫氨酸）擺放在tRNA分子的手臂上，形成氨酰tRNA，翻譯開(kāi)始（圖2）。

3.2多肽鏈的延伸

第二個(gè)密碼子對(duì)應(yīng)的tRNA轉(zhuǎn)動(dòng)至核糖體的合適部位，在酶的催化作用下，第一個(gè)tRNA攜帶的甲硫氨酸與第二個(gè)tRNA攜帶的氨基酸形成二肽。大、小亞基繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成已成“空載”的第一個(gè)tRNA移位并釋放，攜帶二肽的第二個(gè)tRNA也隨之移位，空出的位置準(zhǔn)備接受第3個(gè)tRNA。二肽中第2個(gè)氨基酸與第3個(gè)tRNA上攜帶的氨基酸形成第2個(gè)肽鍵。如此重復(fù)，不斷將新的氨基酸加入到肽鏈中（圖3）。

3.3翻譯的終止

當(dāng)“讀碼”進(jìn)行到終止密碼子（UAA、UAG或UGA）時(shí)，肽鏈延伸終止，多肽鏈合成結(jié)束。mRNA與核糖體脫離。1條多肽鏈的翻譯完成（圖4）。

3.4基因突變引起的蛋白質(zhì)變化

該教具可以幫助學(xué)生理解堿基的替換、插入或缺失引起的基因中堿基序列的改變，繼而可能導(dǎo)致的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其功能發(fā)生變化。學(xué)生可以嘗試改變mRNA上的密碼子，觀察因此帶來(lái)的蛋白質(zhì)中氨基酸數(shù)目、種類(lèi)、順序的改變，樹(shù)立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

4創(chuàng)新點(diǎn)和價(jià)值

教具將mRNA、tRNA和核糖體具象化，通過(guò)mRNA與核糖體間的動(dòng)態(tài)滑動(dòng)、密碼子與反密碼子的精準(zhǔn)配對(duì)使有關(guān)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程的教學(xué)活動(dòng)更加直觀化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)微觀現(xiàn)象的理解，也利于學(xué)生運(yùn)用教具進(jìn)行互動(dòng)，探究密碼子序列的改變與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而更好地樹(shù)立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

模型各部件取材方便，成本低廉，易于復(fù)制推廣，既可以作為教師的演示教具，也可以作為學(xué)生的互動(dòng)實(shí)驗(yàn)教具，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和動(dòng)手能

力。

參考文獻(xiàn)：

祁懷春.蛋白質(zhì)生物合成翻譯階段動(dòng)態(tài)演示模型制作與使用[J].生物學(xué)通報(bào)，2016，51（8）：54-55.

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