巧用教材插图 连环“话”蛋白质

内蒙古

高中生物教材的每一章节都含有很多插图，有实物图、曲线图、模式图、物质代谢图、生命调节过程示意图、漫画等类型。与文字相比，教材中的插图是学生获取生物学知识的第二语言，它不仅能帮助学生理解较为抽象的生物学概念和知识，还能提高学生观察图像、分析和获取信息的能力。实际上，散布于不同章节的插图并不是孤立存在的，很多插图之间会通过一些信息关联在一起，共同诠释着生物学中的一些生命现象。在高三的复习课中，如何将这些看似碎片化的插图有机地结合起来，让其描述的生命现象如同播放电影一般生动地呈现给学生，让学生从更宽阔的视角去了解和分析所学知识呢？笔者尝试从蛋白质的角度入手，将相关插图进行编排和整理，充分挖掘插图中的资源，通过更形象的方式帮助学生建立完整的知识体系，该方法有利于加强学生对知识的理解，同时也有助于学生形象思维的培养。

1.基因表达

1.1 模型构建

基因表达包括转录和翻译，形成的终产物为蛋白质。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中对这一部分的学业要求是“结合DNA双螺旋结构模型，阐明DNA分子作为遗传物质所具有的特征，以及通过复制、转录和翻译等过程传递和表达遗传信息”。这不仅要求学生能理解基因表达的过程，还要求学生用生命观念认识基因中的遗传信息与生物的多样性、独特性的关系，形成科学的自然观，并能够运用所学的知识解释基因改变对生物性状的影响，例如推断和分析人类相关的遗传病发生的根本原因，从而在学习过程中逐步完善学生的科学思维。

图1

如图1（部分图省略）以转录为起点，以DNA的一条链为模板转录形成mRNA，在核糖体中以mRNA为模板，氨基酸脱水缩合形成多肽链，多肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。若转录过程发生在真核细胞核中，转录形成的mRNA穿过核孔进入细胞质中与核糖体结合，即mRNA只有转录完成后才能进行翻译的过程。但若转录过程发生在原核细胞中，由于原核细胞没有以核膜为界限的细胞核，所以转录和翻译可以同时进行，即边转录边翻译（如图2、图3）。这是判断转录和翻译过程发生在原核细胞还是真核细胞中的重要依据。通常，翻译时一个mRNA分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此少量的mRNA分子可以逐渐合成出大量的蛋白质，从而提高翻译的效率。

图2

图3

若基因的结构由于一些物理、化学、生物等因素发生改变，从而使得遗传信息发生改变，基因表达的产物就可能是没有功能或是功能异常的蛋白质，从而引发人类的一些疾病，如镰刀型细胞贫血症就是由于碱基替换导致形成的血红蛋白异常、红细胞形态异常，从而表现相关的生物学性状。由此看来，基因可以通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。通过图示教师可以引导学生建立基因和蛋白质之间的知识联系，并进一步分析由于基因结构改变可能引起的对蛋白质和生物性状的影响。

1.2 习题训练

学生通过这样的方式是否真正掌握这些知识点呢？这时教师可以利用相关习题进行演练，帮助学生进一步消化和吸收知识，并在解答试题过程中，学会将所学知识灵活地应用于不同情境中。

【例1】（2018年，全国卷Ⅲ，第30题）回答下列与蛋白质相关的问题：

（1）生物体中组成蛋白质的基本单位是______________。在细胞中合成蛋白质时，肽键是在______________这一细胞器上形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如________________ （填“胃蛋白酶”“逆转录酶”或“酪氨酸酶”）。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基体，此过程中高尔基体的功能是______________________________________。

（2）通常，细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和__________ 结构。某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性，通常，变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是_________________________________。

（3）如果 DNA 分子发生突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的 mRNA 序列中一个碱基被另一个碱基替换，但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变，其原因可能是__________________________。

【答案】（1）氨基酸 核糖体 胃蛋白酶对蛋白质进行加工、分类和包装 （2）空间 蛋白质变性使肽键暴露，暴露的肽键易与蛋白酶接触、使蛋白质降解 （3）遗传密码具有简并性

【分析】本题以蛋白质为着眼点，从蛋白质的基本组成单位、合成和加工的场所、性质、相关细胞器的功能及基因与蛋白质的关系等角度入手，着重考查了学生对必备知识的理解和综合运用能力，关注学科内知识的综合考查。学生若充分掌握了上段文字中构建的插图模型，本题解决起来就比较得心应手了。

2.蛋白质的功能

2.1 模型构建

图4

如图4（部分图省略）蛋白质是生命活动的主要承担者，它的功能取决于氨基酸的种类、数目及其空间结构。千差万别的蛋白质承担着多种多样的生物学功能。许多蛋白质是构成细胞结构和生物体结构的重要物质，称为结构蛋白，如肌肉、蛛丝、细胞膜等。真核细胞中维持细胞形态、保持细胞内部结构有序性的细胞骨架，是由蛋白质纤维组成的网架结构，与细胞的运动、分裂、分化及物质运输、能量转换、信息传递等生命活动密切相关；具有催化作用的酶，其化学本质绝大多数为蛋白质，依据生物学中结构决定功能的观念，蛋白质具有正常的生物学功能的前提是具有正确的空间结构，如果在高温、强酸、强碱条件下，蛋白质的空间结构被破环，会丧失其功能，酶蛋白也一样。但并不是只要酶所处的环境发生变化，它的活性就会丧失，如在低温条件下，酶的活性被抑制，但其空间结构并没有被破坏，当升高温度，酶的活性就会恢复，所以酶制剂一般在低温条件下保存。再比如说，在蛋清中加入食盐，会看到白色的絮状物，这是由于食盐的作用降低了蛋白质的溶解度而使蛋白质析出，但并没有改变蛋白质的空间结构，所以加水稀释后，絮状物就会消失；细胞膜上的蛋白质以不同的“身份”存在，如具有运输作用的载体蛋白，参与协助扩散和主动运输，载体蛋白的种类和数量在一定程度上体现了细胞膜的选择透过性这一功能特点；受体（化学本质是糖蛋白）可以与信号分子激素、淋巴因子、神经递质等特异性识别、结合，从而参与细胞间的信息交流。由此可知，膜蛋白具有运输、识别和催化等作用，所以膜蛋白的种类和数量越多，生物膜的功能就越复杂。而且这些膜蛋白在细胞膜上并不是静止不动的，绝大多数的膜蛋白是可以运动的，这是生物膜具有流动性的一个很重要的原因。1970年，科学家利用红、绿荧光染料分别标记人和鼠细胞表面的蛋白质，人鼠细胞融合后，两种颜色的荧光均匀分布，这个实验有力地证明了这一点。还有很多生物实例也能体现生物膜的流动性，如胞吞、胞吐等。蛋白质作为生物大分子物质，一般也是通过胞吞、胞吐的方式排出细胞的。例如，抗体是在浆细胞内合成、分泌到细胞外起作用的蛋白质，若要研究抗体的合成和分泌过程，可用同位素标记氨基酸，通过放射性出现的顺序判断参与分泌蛋白的合成、加工、运输的细胞结构，并进一步了解生物膜在结构和功能上的联系。

2.2 习题训练

利用教材上的插图构建的知识体系将蛋白质的功能及其影响因素完整地呈现给学生，结合习题训练，使学生进一步巩固和完善知识体系。

【例2】（2018年，天津卷，第3题）生物膜上不同类型的蛋白质行使不同的功能。表中依据膜蛋白功能，对其类型判断错误的是 （ ）

【答案】B

【分析】该题主要从载体、受体、酶及抗原四个角度对膜蛋白进行了考查，受体蛋白能与神经递质和激素特异性识别并结合，从而参与细胞间的信息交流；载体蛋白参与物质运输；酶的功能是催化作用，细胞膜上存在ATP泵，不仅具有运输的作用，也可以催化ATP的水解；癌细胞表面的癌胚抗原，可以引起机体的特异性免疫。因此，能够准确辨析不同蛋白质的功能是学生能否顺利解题的关键。蛋白质的功能是蛋白质这部分内容的核心知识点，又与教材中其他章节的知识相互联系，本题通过这样的考查形式，引导教师教学要回归主干知识，加强对核心知识点的理解和运用。

3.建构知识网络

通过教材插图展示和习题训练，学生对蛋白质相关的知识点有了整体的认识和了解，让学生在此基础上构建概念模型（如图5），将所学知识串联成知识网络，系统地掌握所学知识。通过插图展示→讲解→构建概念图的形式，真正做到把书“读薄→读厚→读薄”。

图5 蛋白质相关知识概念体系

4.完善和补充

从教材插图到概念图，仍然不能完整地呈现高中生物中蛋白质的相关知识，但是笔者认为，这一部分的讲解并不一定需要面面俱到，可以适当留白，让学生进行补充和完善。例如，如图5中的①②③④处均可以填充内容：①处基因突变一定会导致生物性状改变吗？基因是如何控制性状的？②处哪些细胞器参与多肽链的盘曲、折叠、加工？所有的蛋白质都需要吗？有哪些蛋白质需要这些细胞器的参与？③处构成细胞骨架的蛋白质参与物质运输、能量转换和信息传递等生命活动，类似的功能还与哪些生命现象有关？④处细胞膜流动性除了与蛋白质运动有关，还与细胞膜的哪些物质组成有关，蛋白质和这些物质在空间排布如何？教师也可以通过这样的问题设置引导学生完善概念图。

教材中的插图是重要的教学资源，充分合理利用插图教学，在一定程度上丰富了学生的认知，拓宽了学生的思维，有助于素质教育的进行，有效提高课堂的教学效率。在复习课中借助插图为载体构建概念模型，教学效果也是显而易见的。