巧用魔方自制教具“基因的表達”

高中生物“基因指導蛋白質的合成”一節中，基因通過轉錄和翻譯過程最終將堿基序列轉化成氨基酸序列使遺傳信息表達。而由于其內容較為抽象，學生難于理解，如果教師能夠自制教具讓學生親自體驗其過程，必能將抽象的問題簡單化，更好地幫助學生理解和掌握。

1.設計依據

遺傳信息的翻譯過程中mRNA上的遺傳密碼通過堿基互補配對原則與tRNA上的反密碼子結合，堿基的排列順序決定了合成的蛋白質中氨基酸的排列順序。堿基與堿基的一一對應是決定氨基酸排列順序的關鍵。

2.材料用具

廢舊玩具魔方，泡沫，廢棄薄板材(如三合板)，木方兩根(50 cm長左右)，小圓磁鐵若干，紅、黃、藍、綠四種顏色的即時貼(或彩紙)各一張，硬紙片，鐵釘，螺絲，細鐵絲等。

3.制作過程

3.1 mRNA和tRNA的制作

3.1.1魔方的利用——核糖核苷酸(圖1)

把魔方拆開后可觀察到由26個小正方體組成。包括中心方塊有6個，固定不動，只有一面有顏色。邊角方塊(角塊)有8個(3面有色)可轉動。邊緣方塊(棱塊)12個(2面有色)亦可轉動。

合成mRNA的原料核糖核苷酸可用魔方拆下的棱塊(見圖1A)制作，利用棱塊自身的棱角，可將其卡在一個凹槽內固定。

tRNA上的三個裸露堿基用角塊制作(見圖1 B)，和mRNA的堿基之間正好可以很好吻合。

為了便于區分堿基種類，可用即時貼刻好字母“A”和“U”(黃底紅字)、“G”和“c”(綠底藍字)貼于棱塊和角塊上。再用泡沫將其內部塞上磁鐵，注意“A”和“G”磁極相同，“u”和“C”磁極相同，這樣才能保證“A”和“u”、“G”和“c”通過磁鐵吸力而互補配對。

注意磁鐵應緊緊塞在棱塊和角塊小正方體的中央，這樣通過磁鐵吸力完成堿基互補配對時才能排列整齊。

3.2.2 mRNA的制作

在兩根木方中間夾少許薄板材使其隔一條縫并用鐵釘固定，再按上兩個小木塊作為支架做好可以卡上棱塊的軌道。這樣用棱塊做好的核糖核苷酸可以任意的插入軌道內，從而根據需要輕松改變mRNA上堿基的排列順序(圖2)。

3.2.3 tRNA的制作

在三合板上把tRNA的三葉草的結構畫下后再切割，最后插入用角塊做成的三個連續的堿基中(角塊中放好磁鐵并用泡沫塞緊固定)，再在外面用藍色即時貼包好進而將三葉草結構與角塊進一步固定(圖3)。

3.2核糖體的制作

在三合板和泡沫上畫下核糖體的形狀后將其切割，用雙面膠固定，再貼上紅色的即時貼。然后在中央裝兩個螺絲，露出螺帽，再在放置mRNA的木方軌道后面挖一條槽(需在將兩根木方固定之前完成)，槽的寬度要比螺帽窄，和螺身差不多寬，可以讓核糖體上的螺帽卡在這個槽內，還可以來回自如的移動。

3.3氨基酸的制作

將硬紙片割成2 cm寬的紙條，并疊成粽子形狀。用細鐵絲穿人“粽子”并在一端彎好掛環表示氨基，另一端彎好掛鉤表示羧基，用紅色即時貼包好固定鐵絲，最后再貼上用黃色即時貼刻好的氨基酸名稱。

4.教具的演示及性能

教具在使用過程中，核糖核苷酸的排列順序可以根據需要任意改變，核糖體可以在mRNA鏈上自由移動而不易掉下來，利用磁鐵同極相斥，異極相吸的原理，tRNA上的反密碼子只有和mRNA上的密碼子正好互補配對時才會和它緊密結合完成遺傳密碼的翻譯任務，利用紙片疊成的粽子形的氨基酸通過掛鉤和掛環之間的連接完成脫水縮合過程。

整套教具結構簡單，易于操作，造價低廉，外形美觀，結實耐用，取材源于生活，便于自制推廣。使用過程中可以放在講臺或課桌上任意操作，也可以一手拿著，一手操作完成演示過程。在講授“基因指導蛋白質的合成”一節內容時，既能將抽象的知識形象化，又能激起學生巧妙利用生活素材合理想象進行科學探索和實踐的思想意識，播撒發明創新的種子。