高中数学论文图形计算器应用能力测试活动学生利用CASIO计算器模拟蛋白质翻译过程

1辽宁省沈阳市第十五中学2013年高中数学论文图形计算器应用能力测试活动学生利用CASIO计算器模拟蛋白质翻译过程「研究目的」卡西欧图形计算器有着各种强大的功能，脱口而出的就有：函数、编程、数列、统计等，但我最熟悉的还是动态函数功能，我想我能不能就利用这个功能，通过构造不同的动态函数，模拟生物细胞内，基因指导蛋白质合成的过程呢？「名词解释」基因：具有遗传信息的DNA片段。mRNA：信使RNA，替DNA传递遗传信息。氨基酸：组成蛋白质的基本单位。核糖体：细胞内的一种细胞器，一个生产氨基酸的“车间”。肽链：几个氨基酸通过脱水缩合而结合在一起的化合物。「研究背景」蛋白质是细胞内含量最高的有机物，可分为：结构蛋白、酶、运输蛋白、抗体、激素等多种。因此，对于生物而言，一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承载者。蛋白质的合成也显得格外重要。首先，第一步是转录，以DNA的一条链为模版、细胞核中游离的RNA为材料，合成一条mRNA。然后就是翻译了，既是将mRNA上的遗传信息翻译成有一定顺序的氨基酸序列。「模拟目标」实际效果：1.核糖体与mRNA结合并沿着其移动识别遗传信息。2.携带着氨基酸的tRNA在核糖体内与对应的遗传信息结合。3.一个个氨基酸与tRNA脱离并在核糖体内脱水缩合组成肽链，tRNA则离开。4.随着核糖体对遗传信息的识别，这条氨基酸链会越来越长。模拟效果：1.一个圆形的核糖体沿着静止的mRNA从右边一直移动到左边。2.tRNA携带着氨基酸从别的地方（当前屏幕外）进来。3.tRNA在mRNA上、核糖体内将氨基酸放下然后离开。4.核糖体一边走一边将tRNA上氨基酸结合起来，然后带着它们一起移动。「具体步骤」说干就干，我们一起按步骤来完成翻译过程吧！一、绘制mRNA首先，启动卡西欧图形计算器fx-CG20。2由于翻译的过程比较复杂，在这里将mRNA作为静止的，并将其设为背景。按5进入图形功能，这里只能编辑静态函数。为了更好地观察函数的变化我们调整一下窗口的大小，依次输入：Len7l7lNNn4l4l设置后如图：输入：Y1=-3，如下图：为了区别于其他动态函数，我们把它的线条加粗，依次按键：rqw。按l绘图，其图像画出来应如下图：然后，为了把图像提取出来当背景用，所以将坐标轴等内容去掉，将图像保存在计算器里。先按Lp进入设置（如下图），向下翻页将Grid、Axes、Label三项设为off。3现在的图像为右图所示：。按L7捕捉图像，输入1即图像名称为Capt01。再按Lp再次进入设置，找到Background这项，按e进入选择背景图像的文件，按l打开Capt文件夹，第一个文件便是我们之前捕捉到的图像。再按l便可将图像设置为背景。4二、绘制核糖体mRNA画好了，那接下来就是核糖体，按p回到主菜单，按6进入动态函数的绘制界面。按ee进入参数函数输入模式。依次按：jaf+1.5k+1.5hfln3+1.5jfl三、绘制氨基酸核糖体完成了，接下来就该轮到氨基酸了。依次输入：af+0.75hfljL4NNNNNNlaf$+L4laf+7$-10k+0.75jfl四、绘制tRNA氨基酸也画完了，最后就剩下tRNA啦。依次输入：afl2f-2.25,L+L4laf$,L4laf$+0.75L-lX(T)=(A+1.5)+1.5sinTY(T)=-3+1.5cosTX(T)=A+0.75sinTY(T)=(|A|+|A+7|-10)+0.75cosT5五、设置变量函数输好后接下来就是设置变量了。按rw进入变量范围设置依次输入7ln7ln1l使得变量A从7开始变化，每次减少1直到A等于-7为止。再按de进入变化速度设置，按q将速度设置为单步执行。六、检验万事俱备只欠检验啦！函数什么的全都输好了，接下来就是检验的时刻。按ll命令机器开始画图！稍微片刻~画好之后每按一下$函数就变化一次，快速地不断按便会产生一种动画的感觉。X(T)=AY(T)=2T+2.25,[|A|,|A|+0.75]6「修改提升」虽然完成了，但是画面上只有一个孤单的氨基酸，这太使人伤心了，我们来加多几个吧！第二个氨基酸：jaf+1.5k+0.75hfljL4laf+1.5$+L4laf+7$-8.5k+0.75jfl第二个tRNA：af+1.5l2f-2.25,L+L4laf+1.5$,L4laf+1.5$+0.75L-l第三个氨基酸：jaf+3k+0.75hfljL4laf+3$+L4laf+7$-7k+0.75jfl第三个tRNA：af+3l2f-2.25,L+L4laf+3$,L4laf+3$+0.75L-l因为第二个氨基酸的最低点在x=1.5时出现，所以这次要将变量稍微调整一下：rwNNn0.5lX(T)=(A+1.5)+0.75sinTY(T)=(|A+1.5|+|A+7|-8.5)+0.75cosTX(T)=A+1.5Y(T)=2T-2.25,[|A+1.5|,|A+1.5|+0.75]X(T)=(A+3)+0.75sinTY(T)=(|A+3|+|A+7|-7)+0.75cosTX(T)=A+3Y(T)=2T-2.25,[|A+3|,|A+3|+0.75]7接下来再次试验！仍然是按ll呀－.－等待总是漫长的···大功告成~耶！「研究总结」8虽然经过努力，把翻译过程给大致描绘了出来，但还是存在许多不足，例如：1.tRNA进入屏幕的方向应该是多种多样的，这里表现过于单一。2.mRNA在细胞内便不是一条直线，应该是有一定曲度的。3.一般情况下会有多个核糖体同时识别同一条mRNA，这里只有一个核糖体。4.氨基酸应该在tRNA上面，而不是下面。通过这次研究，我不断去思考如何运用函数来画出自己想要的图像，这使得我对参数函数的认识更加深刻，以后肯定可以更加熟练地运用他们，而与生物学科的交汇使我对生物变得更加感兴趣。卡西欧图形计算器操作方便，易于上手；在学习上给与了我们很多帮助；加深了数学学习的兴趣和热情；让我们感受到了数学的魅力和学习的乐趣；学会了要敢于面对困难，对目前的成果提出不足，并不断朝着更高的目标前进！