专利名称：一种蛋白质生物合成动态演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型设及一种蛋白质生物合成动态演示仪，属教学仪器类。
背景技术：
生物遗传学“中心法则”主要包括DNA的复制，RNA的转录和蛋白质的生物合成等三部分内容。遗传信息的传递是从DNA传递到RNA，特别是mRNA长链上的三个单核苷酸所代表的一组组密码，实际上表达了来自DNA分子上的遗传信息。蛋白质生物合成之所以称之为“翻译”，是因为mRNA长链上的三个单核苷酸密码代表了合成蛋白质所用的20种氨基酸，以及启动因子、终止因子等信息，所以称mRNA长链是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA是转动活化氨基酸的工具，其分子上的反密码环与mRNA长链上的密码以碱基配对规律进行配对，即可将mRNA长链上所代表的氨基酸及时准确地安置其位置上。而rRNA则为蛋白质生物合成的装配机，它与结构蛋白组成的30s的小亚基和50s的大亚基为蛋白质的生物合成直接提供了场所。小亚基上含有给位(P位)和受位(A位)，而大亚基上除有给位受位外，还含有一个出位(E位)。大亚基上的转肽酶，可将给位上的肽酰基转移至受位上新来的氨基酸分子上，随着受位上新的活化氨基酸的进入，小亚基构象发生改变，使位于出位上的已经移出氨基酸残基的tRNA易于离开大亚基，在此基础上，大小亚基在mRNA链上朝3′方向移动一个密码位置，以完成进位、转肽和移位的过程。经过这一过程，新合成的肽链上可增加一个氨基酸残基，从而不断地完成生物蛋白质分子的有效合成。
生物遗传“中心原则”中的蛋白质合成，虽然在已出版的各级、各类专业教科书中，都用较大的篇幅给以了充分的阐述，但由于生物学的不少概念不是常人在日常生活经常碰、容易理解的，很多东西及进展过程是看不见。它既是学生学习的难点，也是教师教学中的一大难点。目前有关生物遗传中心法则的教学课件，既零散又不成系统，一晃而过，学生是弄不明白，教师操作起来也感困难，虽然随着计算机技术的运用，可以通过计算机上的模拟演示这一复杂过程，但由于需要的设备多，成本高，无论是维护或者保养均感困难，不是所有学校短期内可以如愿实现的。
因此，提供一种直观轻巧，可随授课的进程方便操作的动态示教仪。轻松自如地完成蛋白质合成这一生物化学教学中既是重点又是难点内容的授课任务，已是教和学两方面都期望的一件事。
实用新型内容本实用新型发明的目的旨在为生物遗传中心法则内有关蛋白质生物合成的讲课，提供了直观、动态、清晰、明了的理想教具。为学生更快、更好地理解这一法则创造条。
一种蛋白质生物合成动态演示仪，其特征在于它由标有mRNA长链标识符面板1、以导磁性材料为衬板2组成的复合板、表示rRNA小亚基的小亚基模板6、表示rRNA大亚基的大亚基模板8、以及表示三叶草型结构的tRNA反密码环模板9、表示多种氨基酸的氨基酸模板10和表示终止密面板、以导磁性材料为衬板2组成的复合板通过与之配合的一平行底板3组成以带有空心滑道4的条形演示主板5；在所述的该条形演示主板5的上部卡置着小亚基模板6，该小亚基模板6的背面设置着磁性连接件7，通过该磁性连接件7与穿于空心滑道4中、且板面同样设有磁性连接件的大亚基模板8，由此组成既可分别表示一个rRNA小亚基、一个rRNA大亚基的小亚基模板6和大亚基模板8，又可在空心滑道4内移动的组合模板，在该组合模板下部的大亚基模板8上设有挂接件11；所述的反密码环模板9的背面设有磁性连接件7，所述的每个氨基酸模板10和终止密码模板12上均设有挂接件11。
根据以上技术方案设计的这种蛋白质生物合成动态演示仪，不仅制作成本低廉，使用方便，便于携带，而且为生物遗传教学中的“中心法则”内有关蛋白质生物合成的讲课，提供了直观、动态、清晰、明了的理想教具。适合于农、林、医、牧、兽、水产、轻工、师范高等院校以及各类高等、中等专业学校《生物学》、《生物化学》、《生物遗传学》、《植物生物化学》、《动物生物化学》教学的需要，同时也适用于上级计划生育管理部门深入基层，给农村工矿基层计划生育工作人员作优生、优育普及宣传的需要。
附图1位本实用新型主体结构示意图；附图2为小亚基模板结构示意图；附图3为大亚基模板结构示意图；附图4为反密码环模板示意图；附图5为启动因子模板结构示意图；附图6-8为蛋白质合成的启动状态示意图；附图9-11为蛋白质合成的延长状态示意图；附图12-13为蛋白质合成的终止状态示意图。
图中 1、长链标识符面板 2、衬板 3、平行底板 4、空心滑道 5、演示主板 6、小亚基模板 7、磁性连接件 8、大亚基模板 9、反密码环模板 10、氨基酸模板 11、挂接件 12、终止密码模板具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型设计作进一步的描述，图1是本实用新型主体结构示意图，它由标有mRNA长链标识符1为面板、以导磁性材料为衬板2组成的复合板、表示rRNA小亚基的小亚基模板6、表示rRNA大亚基的大亚基模板8、以及表示三叶草型结构的tRNA反密码环模板9、表示多种氨基酸的氨基酸模板10和表示终止密码的终止密码模板12组成；其具体结构为所述标有mRNA长链标识符1为面板、以导磁性材料为衬板2组成的复合板通过与之配合的一平行底板3组成以带有空心滑道4的条形演示主板5；在所述的该条形演示主板5的上部卡置着小亚基模板6，该小亚基模板6的背面设置着磁性连接件7，通过该磁性连接件7与穿于空心滑道4中、且板面同样设有磁性连接件的大亚基模板8，由此组成既可分别表示一个rRNA小亚基、一个rRNA大亚基的小亚基模板6和大亚基模板8，又可在空心滑道4移动的组合模板，在该组合模板下部的大亚基模板8上设有挂接件11；所述的反密码环模板9的背面设有磁性连接件7，所述的每个氨基酸模板10和终止密码模板12上均设有挂接件11。
实际制作时，以一平面板为基础的mRNA直接模板链。是一块长120cm，宽90cm的三合板，加包厚白纸作底板。在底板的上部，用镙丝钉固定两条叠加的与底板等同长，宽4.5cm的铁板，其上面使用写生材料PVC板通过喷绘，将mRNA三联体密码印在其上。本演示仪上从5′→3′方向的模式图其三联体密码顺序为“AUGGCUGAAGGCAGACAU……UCUCCUUGA”分别代表蛋氨酸、丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸……丝氨酸、脯氨酸和终止密码。
图6-图10为使用状态图，其中图6-8为蛋白质合成的启动状态图。是原核生物蛋白质合成的启动阶段模型。红色的半椭圆形的小亚基，其间嵌三组密码。其中间的AUG属起动密码，又代表蛋氨酸(甲硫氨酸)。因此图面上可见到类似三叶草型结构的tRNA的反密码环是扩大了比例的模式图型，按照碱基配对规律，从5′→3′方向读的反密码CAU正好与从5′→3′方向读的mRNA链上的AUG相对。A位此时被IF-1占据，此时不与任何氨基酰-tRNA结合。结合了mRNA、蛋氨酰-tRNA的小亚基与核蛋白体大亚基结合，同时IF-2结合的GTP水解释放能量，将3种IF释放，形成由完整核蛋白体、mRNA、起始氨基酰-tRNA组成的翻译起始复合物。因此从图片表示，携带蛋氨酰-tRNA将活化的蛋氨酸转运至mRNA链AUG启动密码上，这是蛋白质合成的启动阶段。
图9-图11为蛋白质合成的延长状态图。是原核生物蛋白质合成的延长阶段模型。这时rRNA的大亚基已经与小亚基结合，大亚基上有给位(P位)、受位(A位)和一个出位(E位)。当原来占据了A位的IF-1(启动因子-1)离开后，A位空留，对应mRNA链上AUG后的下一组三联体密码GCU代表丙氨酸，故丙氨酰-tRNA即进入A位。
图9表示经过一次进位、成肽和移位后的情景。此时，mRNA链的下一组密码是GAA，即表示谷氨酰-tRNA即将进入A位，此时，核蛋白体空间构想发生着周期性改变，卸载的tRNA从E位上即将脱落。图10表示大亚基上的转肽酶，将蛋氨酰丙氨酰基转移至新进入A位的谷氨酸的a-氨基上形成肽键连接。图11表示大、小亚基向mRNA链3′方向移动一组密码。原来的P位转变成E位，原来的A位升格为P位。新的A位的密码GGC表示甘氨酸，则甘氨酰-tRNA将进入新的A位，重复一次“进位、成肽、移位”的过程。由此表示，每进行一次“进位、成肽、移位”，新合成的多肽链即可增加一个氨基酸残基。
图12-13表示蛋白质合成的终止状态图；它表示蛋白质合成的种植阶段。当大小亚基前移至mRNA链上出现终止密码UGA时，终止因子RF进入A位。它诱导转肽酶改变为酯酶的活性，使肽链从核蛋白体上释放。为了表示多核蛋白体循环，此图的起始位置mRNA的上又出现了启动阶段的模型。
图2-3为蛋白质合成中大小亚基结构材料制作零件图。是本发明蛋白质合成时大小亚基结构材料制作零件图。可见到小亚基长20cm，半圆型，基底部的内矩形条长18.5cm，宽2.5cm，可容纳三组mRNA链上的密码。小亚基用四层胶合双色板制成，面板印有“P”和“A”位字母和30s记号。中间两层嵌有1.7cm直径的环形有磁性连接件7，以便于示意在mRNA链上滑动及启动阶段的“IF-1”和“IF-3”在小亚基相对应位置的粘合。大亚基为两层胶合双色板制成，面板印有“E”、“P”和“A”三个位置，及50s记号。
图4为蛋白质合成中tRNA结构材料制作零件图。tRNA是一个夸张的三叶草型结构模式图形，用两层黄色面板的双色板制作，两层面板下安排一小铁环，以便于其所携带的氨基酰基的小铁钩连接。其顶端的反密码环上有与mRNA密码配对的由三个单核苷酸组成的反密码。从5′→3′方向读的反密码CAU是携带活化蛋氨酰基的tRNA，它的背面有三个直径为1.7cm的环形有孔磁铁，为粘上mRNA密码链和IF-2作准备。其它的tRNA背面均仅有两个环形有孔磁铁，因其它tRNA不需要粘IF-2。本套示教仪mRNA密码链仅安排了包括启动和终止密码在内的9组密码(其间用了省略号表示还有许多氨基酸残基)，故用双色板制作了8个三叶草型tRNA，另RF因子用相应图形表示。
图中10为蛋白质合成中表示活化氨基酸模版。氨基酸用了直径为4.1cm的黄双色板，双面均印有代表氨基酸残基的单个汉字，如“蛋”“丙”“谷”等，分别代表蛋氨酸残基、丙氨酸残基和谷氨酸残基等。双层的双色板中间锉槽，相嵌以细绳，上方连接小钩，用以钩住tRNA的氨基酸臂，下方绕成一个小圈，以便下方的氨基酸残基的小钩将其连接。
蛋白质合成中表示活化氨基酸被tRNA携带的结构图。表示活化氨基酸的黄色面板双色板与tRNA的结构材料一样。这里表示活化氨基酸的上部小铁钩正好钩住了tRNA3末端(即反密码环对面)的小铁环，示意氨基酰-tRNA。
权利要求1.一种蛋白质生物合成动态演示仪，其特征在于它由标有mRNA长链标识符面板(1)、以导磁性材料为衬板(2)组成的复合板、表示rRNA小亚基的小亚基模板(6)、表示rRNA大亚基的大亚基模板(8)、以及表示三叶草型结构的tRNA反密码环模板(9)、表示多种氨基酸的氨基酸模板(10)和表示终止密码的终止密码模板(12)组成；其具体结构为所述标有mRNA长链标识符(1)为面板、以导磁性材料为衬板(2)组成的复合板通过与之配合的一平行底板(3)组成以带有空心滑道(4)的条形演示主板(5)；在所述的该条形演示主板(5)的上部卡置着小亚基模板(6)，该小亚基模板(6)的背面设置着磁性连接件(7)，通过该磁性连接件(7)与穿于空心滑道(4)中、且板面同样设有磁性连接件的大亚基模板(8)，由此组成既可分别表示一个rRNA小亚基、一个rRNA大亚基的小亚基模板(6)和大亚基模板(8)，又可在滑道空心(4)移动的组合模板，在该组合模板下部的大亚基模板(8)上设有挂接件(11)；所述的反密码环模板(9)的背面设有磁性连接件(7)，所述的每个氨基酸模板(10)和终止密码模板(12)上均设有挂接件(11)。
专利摘要一种蛋白质生物合成动态演示仪，由标有mRNA面板、导磁性衬板组、表示rRNA小亚基模板、表示rRNA大亚基模板、表示三叶草型结构的tRNA反密码环模板、表示多种氨基酸的氨基酸模板和表示终止密码的终止密码模板组成；其中标有mRNA长链标识符为面板、以导磁性材料为衬板组成的复合板通过与之配合的一平行底板组成带有滑道空心的条形演示主板；在条形演示主板的上部卡置着小亚基模板，该小亚基模板的背面设置着磁性连接件，通过磁性连接件与穿于空心滑道中、且板面上同样设有磁性连接件的大亚基模板，组成既可分P别表示的小亚基模板和大亚基模板，并可在空心滑道移动，在大亚基模板上设有挂接件；反密码环模板上设有磁性连接件，每个氨基酸模板和终止密码模板上设有挂接件。
文档编号G09B23/00GK2828975SQ20052005137
公开日2006年10月18日 申请日期2005年7月14日 优先权日2005年7月14日
发明者夏晓凯, 魏高文 申请人:夏晓凯, 魏高文