辽宁沈阳第十五中学高中数学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

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。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。 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。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+1.5jflX(T)=(A+1.5)+1.5sinTY(T)=-3+1.5cosT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+0.75jflX(T)=A+0.75sinTY(T)=(|A|+|A+7|-10)+0.75cosT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)=AY(T)=2T+2.25,|A|,|A|+0.75五、 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$函数就变化一次，快速地不断按便会产生一种动画的感觉。 修改提升虽然完成了，但是画面上只有一个孤单的氨基酸，这太使人伤心了，我们来加多几个吧！第二个氨基酸：jaf+1.5k+0.75hfljL4laf+1.5$+L4laf+7$-8.5k+0.75jfl第二个tRNA：af+1.5l2f-2.25,L+L4laf+1.5$,L4laf+1.5$+0.75L-lX(T)=(A+1.5)+0.75sinTY(T)=(|A+1.5|+|A+7|-8.5)+0.75cosTX(T)=A+1.5Y(T)=2T-2.25,|A+1.5|,|A+1.5|+0.75第三个氨基酸：jaf+3k+0.75hfljL4laf+3$+L4laf+7$-7k+0.75jfl第三个tRNA：af+3l2f-2.25,L+L4laf+3$,L4laf+3$+0.75L-lX(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：rwNNn0.5l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