巧借LED灯带演示分泌蛋白的合成和运输过程

2020-08-13首都师范大学教师教育学院100048张颖之

中小学实验与装备 2020年2期

首都师范大学教师教育学院(100048) 高玲张颖之

生活中LED灯带常被用于制作各种广告牌，通过灯光展示广告牌中的字样或图案，如果将其运用到生物教具的制作上来，可以巧妙化动为静，将原本需要人为操作的过程自动化，使得教具更具有实用性、直观性和美观性，更好地为生物学课程服务。

2017版《普通高中生物学课程标准》中，将“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”作为必修模块1中的大概念“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”下面的重要概念。具体而言，是要求学生“举例说明细胞各部分结构之间相互联系、协调一致，共同执行细胞的各项生命活动”。为此，课程内容中安排“分泌蛋白的合成和运输”这一小节的内容，帮助学生更好地理解细胞各部分结构之间的密切关系，但是因其概念抽象、过程动态复杂,教学起来较困难，学习效果也不佳，而采用自制教具进行直观演示能取得较好的教学效果。以往的教具大多采用铁丝这类材料来演示分泌蛋白的运输路径，这就需要教师全程控制整个过程，本研究运用LED灯带来展示分泌蛋白在细胞器之间的运输路径，教师只需要控制灯带的开关便可以清晰地将该路径展示在学生面前，体现出细胞各结构之间的联系，实现生物课堂中技术和教具模型的紧密结合。这不仅能够帮助学生认识各细胞器之间的联系以及统一性，而且为细胞结构膜面积变化的学习打下基础。

1 制作材料及用途

高度为2 cm左右泡沫板(制作各种细胞器)，3条带有电池盒的LED灯带(展示分泌蛋白运输的路径)，2个乒乓球(作为包裹着蛋白质的囊泡)，多种颜色的胶带(对细胞器进行美化)，马克笔，小刀(切割泡沫板)，剪刀，90 cm×90 cm白色纸板(作为底板)。材料与工具示意图见图1。

2 制作过程

2.1 细胞器的制作

用马克笔在泡沫板上绘制出内质网、高尔基体和线粒体的大体轮廓，保证每个细胞器的大小在20 cm×30 cm左右，用小刀切割下来，得到各个细胞器的模型，如图2所示。

2.2 分泌蛋白合成和运输路径的制作

分泌蛋白的运输是一个动态的过程，该教具用LED灯带里的灯泡来展示蛋白质的合成和运输路径，实现教具使用的“自动化”过程。要完成这个过程，需要在内质网、高尔基体模型中挖出一条凹槽，穿过相应颜色的灯带，分别代表内质网对多肽链进行初步加工的过程和高尔基体对初级成熟的蛋白质进一步加工的过程(见图3)。除此之外，在内质网表面粘贴上白色小纸片来代表核糖体，在核糖体附着的地方再穿过一条灯带，代表着氨基酸在核糖体上进行脱水缩合的过程。挖出的凹槽放置灯带后，将灯带与细胞器模型固定，用有色胶带对细胞器模型进行装饰，把灯带置于细胞器模型的内部(见图4)。

2.3 “分泌蛋白合成和运输的过程”模型的组装

将白色纸板作为底板，用胶带对纸板的边界进行装饰，作为细胞的边界——细胞膜。随后，按照一定的位置关系将制作完成的细胞器模型摆放在底板上，用胶带粘贴在底板上。接下来，将灯带的电路穿到底板背部和电池板接通。在内质网到高尔基体的灯带上，需要套1个乒乓球代表内质网出芽形成的囊泡。在高尔基体与细胞膜之间也需要放置1个乒乓球作为囊泡，体现出分泌蛋白在不同细胞器之间的运输方式。此外，整个过程还需要线粒体来提供能量，因此，线粒体模型也粘贴在白色底板的适当位置，最后得到完整的教具模型(见图5)。

3 教具的运用及过程

首先，打开第1个电池板上的控制开关，内质网模型表面的白色灯泡亮起，代表氨基酸在粗面内质网的核糖体上进行脱水缩合形成多肽链(见图6)。随后，打开第2个电池板上的控制开关，紫色灯带接通，灯光亮起的线路代表着多肽链进入内质网中进行初步的加工和运输路径(见图7)。随后，将乒乓球从内质网附近沿着灯带转移到高尔基体附近，代表内质网出芽形成的囊泡将初级成熟的蛋白质运输到高尔基体上，囊泡与高尔基体膜融合，释放初级成熟的蛋白质。最后，打开第3个电池板上的控制开关，蓝色灯泡亮起，灯光线路代表着初级成熟的蛋白质在高尔基体中进行再加工的过程(见图8)。随后，将高尔基体附近的乒乓球沿着灯带转移到细胞膜附近，代表着成熟的蛋白质通过囊泡被运输到细胞膜附近，囊泡与细胞膜融合，释放分泌蛋白(见图9)。

在此过程中，除了要重视各细胞器的分工与细胞器之间的联系外，还要突出乒乓球所代表的囊泡在分泌蛋白合成和运输过程中的运动。囊泡将内质网加工的初级成熟的蛋白质运输到高尔基体附近，又将高尔基体加工的成熟的蛋白质运输到细胞膜附近并与细胞膜融合。因此，乒乓球位置的变化也反映了细胞结构膜面积的变化，即内质网膜面积减小，高尔基体膜面积基本不变，细胞膜面积增大。