積木模型在“蛋白質的結構及其多樣性”教學中的應用

熊孝尊

(四川省成都市新都區升庵中學 610500)

“蛋白質的結構及其多樣性”是人教版高中生物學教材必修1第2章第2節“蛋白質——生命活動的主要承擔者”的重難點。很多教師運用模型構建法來進行教學，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、形態多樣、拆卸方便和不易損壞等特點，是生物學教學制作教具的理想材料。塑料積木經過簡單改造，可彌補其他模型的缺陷，使之更貼合教學實際，極大地提高生物學教學效率。本文以“蛋白質的結構及其多樣性”一節為例，以塑料積木模型為載體，闡述組織學生開展模型構建的方法與過程。

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 塑料積木蛋白質結構(含二硫鍵)模型

1.2 制作方法 根據實際需要，在一些積木頭部的凹槽里嵌入磁鐵。

1.3 主要功能 本教具應用于“蛋白質的結構及其多樣性”的教學，可幫助學生掌握：①氨基酸的結構；②氨基酸形成蛋白質的過程；③蛋白質結構多樣性的原因；④蛋白質中氨基酸數、肽鏈條數、肽鍵數、脫水數、游離的氨基數與羧基數和相對分子質量減少量等數量關系等知識。

1.4 教具特點 該教具的特點：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、方法簡單、節約時間、節省空間和全員參與；③成本低廉、可重復使用。

2 積木模型在教學中應用

2.1 觀察類比 學生閱讀氨基酸的結構通式，并與積木教具進行對比。嘗試描述積木與氨基酸結構的對應關系。積木與氨基酸通式的結構十分相似，學生很容易總結出如下結論：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 教師給每個小組提供一個工具袋，內裝30個積木(其中有若干個積木頭部的凹槽里含有磁鐵)，一張白紙，學生任選若干個積木模擬氨基酸形成蛋白質的過程，并在白紙上標明所用氨基酸的數目和肽鏈的條數。不到五分鐘，所有小組都完成蛋白質模型的構建。但是，學生會簡單認為盤曲折疊就是肽鏈的不規則彎曲,現行的高中生物學教材要求學生能闡明蛋白質的空間結構，會解釋蛋白質結構多樣性的原因。盤曲折疊是形成蛋白質空間結構的重要過程，盤曲折疊方式的不同，也是導致蛋白質結構多樣性的原因之一。而教材只在插圖中呈現了肽鏈盤曲折疊的形態，學生通過觀察難以想象蛋白質空間結構形成的過程，對于盤曲折疊的方式不同也沒有直觀的認識。

二硫鍵參與蛋白質一級結構的形成，也是形成高級結構的共價鍵。習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，帶領學生探索盤曲折疊的具體過程。教師展示結晶牛胰島素的結構簡圖(內含二硫鍵)(圖2)，描述二硫鍵的形成過程：兩個—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部形成，也可以在肽鏈之間形成。設問：二硫鍵的形成涉及到氨基酸的哪部分結構？學生在認真觀察后，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。教師提示積木頭部內的磁鐵代表R基中的-SH，指導學生調整肽鏈盤曲折疊的方式(圖1)。

2.3 組間交流 學生分組互相觀察并指出有無連接錯誤，及時改正。學生通過組間對比，發現各小組的蛋白質結構均不同。教師引導學生總結蛋白質的結構具有多樣性及其原因，并強調蛋白質的結構是由控制其合成的遺傳物質決定的，同種蛋白質的結構具有特異性，強化學生學習生物學時的辯證思維，并為必修2“基因指導蛋白質合成”的學習打下基礎。

圖2 結晶牛胰島素的結構簡圖

2.4 列表歸納 各小組觀察各自構建的蛋白質模型，找出其中的數量關系，并列表歸納。各小組找出的數量關系不盡相同，通過歸納總結法，匯總得出各種數量關系。如在氨基酸形成蛋白質的過程中，相對分子質量減少量=18×脫水數。根據二硫鍵的形成過程，有學生指出：相對分子質量減少量=18×脫水數+2×二硫鍵數。期間，有學生提出問題：一條肽鏈兩端的氨基和羧基是否可以脫水縮合。教師贊賞仔細觀察、善于思考的學生，并給予肯定的回答。順勢提出環肽的概念，并引導學生適度拓展，重新歸納環肽中各種數量的對應關系是否發生變化？有什么樣的變化？

3 總結與反思

蛋白質的空間結構包括：一級結構、二級結構和三級結構，有些甚至還有四級結構。課后還可安排學生以“蛋白質的空間結構”為題，撰寫學習報告。利用自習課進行小組交流，拓展學生對蛋白質空間結構的認識，鍛煉學生收集信息、解決問題的能力，提高寫作水平和語言表達能力，培養學生研究生物學的興趣。