蛋白质翻译过程动态演示模型的制作与使用

詹琪芳

摘要 教具将mRNA、tRNA和核糖体具象化，通过mRNA与核糖体间的动态滑动使有关蛋白质的合成过程的教学活动更加直观化，促进学生对微观现象的理解，利于学生运用教具进行互动，探究基因突变与蛋白质结构、功能之间的关系，更好地树立结构与功能相适应的生命观念。

关键词 蛋白质 模型制作 动态

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

蛋白质合成翻译阶段是学生普遍难以理解的抽象知识，学生对mRNA上的核糖核苷酸序列是如何决定氨基酸的排列往往感到困惑。目前大部分教师多采用视频动画来演示，学生只能从画面中认识翻译过程，不能亲自参与互动，且仅局限于信息化设备支持的学校。笔者自制的这套蛋白质合成过程翻译阶段动态模拟装置可以解决mRNA上的密码子、tRNA上的反密码子与氨基酸的一一对应关系，基因突变引起的密码子改变导致的氨基酸种类、数目、序列的变化，氨基酸在核糖体中形成蛋白质的脱水缩合反应等教学中的重点和难点，使微观的现象可视化、直观化和形象化。

1材料准备

高密度泡沫圆板、软性磁铁、超强磁铁块、魔术贴、雪弗板、橡皮条、PVC管、羊眼圈、木条、细铁丝、棉线、长钉、丙烯颜料等。

2模型设计与制作

2.1核糖体的制作

用直径分别为40cm和50cm、厚度为4cm的泡沫圆板代表核糖体的小、大亚基，二者紧密排列并用PVC管加橡皮条制成联动装置，圆心固定在雪弗板的背景板上。

2.2mRNA的制作

將泡沫小方块粘到魔术贴上，并在小方块上粘上强力磁铁，将代表核糖核苷酸的软磁铁剪成1/3小方块大小吸附在上面表示组成密码子的核苷酸。

2.3tRNA的制作

用羊眼圈连接一长一短两根平行的细木条，3个小半圆泡沫粘在相应位置代表tRNA上的3个环，其中最下面的环粘上超强磁铁，再将软磁铁剪成的半圆形的反密码子吸附在上面。将tRNA用长钉悬挂固定在小亚基上。

2.4氨基酸的制作

用不同颜色、不同形状的泡沫小块代表蛋白质的20种氨基酸，一端插入连有红棉线磁铁的铜丝代表氨基，另一端插入连有白棉线磁铁的铜丝代表羧基。

3模型的原理及演示过程

将教具竖直放置在水平桌面上，把代表mRNA的长条卡入小圆的锯齿中，并使密码子与代表tRNA的反密码子序列对齐（图1）。mRNA长条沿着锯齿拖动，大、小亚基相应滚动，模拟核糖体在mRNA分子上的滑动过程;小亚基中的tRNA与mRNA的小方块结构相匹配，模拟反密码子与密码子的识别及短暂结合过程;两个相邻tRNA手臂上携带的氨基酸之间通过超强磁铁的吸力相互连接表示氨基酸之间的脱水缩合形成肽键的反应;mRNA上的软磁铁的改变模拟基因突变造成的同义突变、错义突变、无义突变等可能导致的氨基酸的改变。

3.1翻译的起始

左手拉动mRNA分子，大、小亚基随之转动，当转动到起始密码子（AUG或GUG）时，可以取下tRNA上的反密码子磁铁，写上此时代表的核糖核苷酸序列，并将其携带的第1个氨基酸（甲硫氨酸）摆放在tRNA分子的手臂上，形成氨酰tRNA，翻译开始（图2）。

3.2多肽链的延伸

第二个密码子对应的tRNA转动至核糖体的合适部位，在酶的催化作用下，第一个tRNA携带的甲硫氨酸与第二个tRNA携带的氨基酸形成二肽。大、小亚基继续转动，造成已成“空载”的第一个tRNA移位并释放，携带二肽的第二个tRNA也随之移位，空出的位置准备接受第3个tRNA。二肽中第2个氨基酸与第3个tRNA上携带的氨基酸形成第2个肽键。如此重复，不断将新的氨基酸加入到肽链中（图3）。

3.3翻译的终止

当“读码”进行到终止密码子（UAA、UAG或UGA）时，肽链延伸终止，多肽链合成结束。mRNA与核糖体脱离。1条多肽链的翻译完成（图4）。

3.4基因突变引起的蛋白质变化

该教具可以帮助学生理解碱基的替换、插入或缺失引起的基因中碱基序列的改变，继而可能导致的蛋白质的结构及其功能发生变化。学生可以尝试改变mRNA上的密码子，观察因此带来的蛋白质中氨基酸数目、种类、顺序的改变，树立结构与功能相适应的生命观念。

4创新点和价值

教具将mRNA、tRNA和核糖体具象化，通过mRNA与核糖体间的动态滑动、密码子与反密码子的精准配对使有关蛋白质的合成过程的教学活动更加直观化，促进学生对微观现象的理解，也利于学生运用教具进行互动，探究密码子序列的改变与蛋白质结构之间的关系，从而更好地树立结构与功能相适应的生命观念。

模型各部件取材方便，成本低廉，易于复制推广，既可以作为教师的演示教具，也可以作为学生的互动实验教具，能充分调动学生的创造能力和动手能

力。

参考文献：

祁怀春.蛋白质生物合成翻译阶段动态演示模型制作与使用[J].生物学通报，2016，51（8）：54-55.

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