내 손 안에 전사 번역 – 전사와 번역 교구 및 게임 –

2019 대한민국과학교사큰모임 발표자료입니다. 다른 곳에 인용하실 때는 반드시 출처를 밝혀 주시기 바랍니다.

서울 효문고 이금오

Ⅰ. 들어가기

1. 이론적 배경

분자 생물학의 중심원리[Central dogma of molecular biology]

유전정보는 DNA에 의해 암호화되어 있으며, DNA 복제(replication)에 의해 다음 세대로 전달된다. DNA에 있던 유전정보는 RNA로 전사(transcription)된 후, 단백질(protein)로 번역(translation)되어 몸속에서 기능을 하게 된다. 이와 같은 생명활동을 유지시키는데 필수적인 유전정보의 흐름의 기본적 원리를 분자생물학의 ‘중심원리’라고 한다.

과학과 교육과정에서는 ‘통합과학’에서 간략하게 배우며, ‘생명과학Ⅱ’에서 상세히 배운다. 향후 생명과학을 전공할 학생들에게는 가장 기초가 되는 내용이다.

2. 동기 및 목적

학생중심수업? 재미있는 (주입식 ) 교육!

‘생명과학Ⅱ’ 및 ‘통합과학’에서 활용 가능한 ‘전사, 번역’에 대한 수업 방법과 교구를 소개하고자 한다.

3. 소개 자료 개요

가. 수업 방법 학습지와 펜타블렛(펜마우스)를 이용한 수업
나. 교구 1) 전사 모형 (교사용, 칠판용)

2) 번역 모형 (교사용, 칠판용)

3) 전사+번역 모형 (학생용, 모둠활동용)

다. 보드 게임 유명한 보드 게임인 루미큐브를 응용한 번역 보드 게임 ‘번역큐브’

 

Ⅱ. 수업 방법

학습지와 펜타블렛(펜마우스)를 활용한 수업

가. 학습지 : hwp로 제작, 3공 노트로 제공

나. 펜타플렛(펜마우스)

  1. 장점
    1. 반별 판서 저장 → 별도의 진도 체크가 필요 없음.
    2. 학습지와 화면이 동일 → 학생들의 길잃음 방지, 별도의 PPT 만들 필요 없음(교사의 수고 감소)
    3. 이동성과 저장성 → 전자 칠판보다 나음.
  2. 사용 환경 : 교사용 노트북, TV보다는 화면이 큰 빔프로젝터가 적당.
  3. 추천 기기 : Wacom Intuos 소형(CTL-4100) 97,000원.  https://store.wacom.kr
  4. 판서 프로그램 :
    1. 아이캔노트(IcanNote) 추천 http://icannote.com
    2. 자이닉스팔레트 (Xinics Palette)

Ⅲ. 교구

  1. 전사 모형 (교사용, 칠판용)
    1. DNA 이중가닥 : 흰색 고무줄 2개
    2. RNA 중합효소 모형 (mRNA를 포함하고 있음, 네오듐 자석을 이용하여 칠판에 강력하게 부착되어 고정된다.)
    3. 특성 및 교육적 효과
      1. ‘자동감김기능이 있는 줄자’를 활용하여 RNA 중합효소에서 신장하는 mRNA를 가시적으로 표현하였다.
      2. RNA 중합효소의 이동방향과 mRNA의 신장방향 등을 동적으로 이해할 수 있다.
      3. 자동감김기능이 있으므로 무한 반복 학습이 가능하다. 이러한 반복 학습은 이해가 느린 학생들이게 특히나 효과적일 것으로 기대된다.
      4. 제작 방법
        재료 : 하드보드지, 자동감김 줄자, 네오듐 자석, 책철(대 70mm 하판), 흰 고무줄
      5. 활용 예시 화면
  2. 번역 모형 (교사용, 칠판용)
    1. mRNA(3조각으로 구성), tRNA 5종, 아미노산 5종, 방출인자, 리보솜 (소단위체, 대단위체) + 보조자료 : 번역 PPT 애니메이션, 폴리리보솜 모형
    2. 특성 및 교육적 효과
      1. 칠판 부착형으로 교사의 단계적 설명에 매우 최적화되어 있다. 리보솜의 이동, 상보적 tRNA 결합, 펩타이드 결합을 통한 펩타이드의 신장 과정을 차근차근 단계적으로 설명할 수 있다.
      2. ★대단위체를 위에 그리는 기존의 고정관념을 탈피하여 대단위체를 하단에 위치시켜 아미노산을 아래로 신장시킬 수 있도록 표현하였다. 이와 같은 구조는 결합과 분리가 자유로워서 아미노산의 신장을 매우 효과적으로 나타낼 수 있다.
      3. mRNA 서열은 3조각으로 제작하여 수업 종료 후 보관의 간편성을 확보하였다.
    3. 제작 방법
      1. 도안을 인쇄한다. (도안은 hwp 파일로 되어 있어 누구나 인쇄가 용이함.)
      2. 인쇄물 오린 후 코팅하거나 우드락보드에 붙인다.
      3. 펀지로 구멍을 뚫는다. 아미노산에는 고리(책철을 구부려~)를 붙인다.
      4. 각 요소 뒷면에 자석을 붙인다.
    4. 활용 예시 화면
  3. 전사+번역 모형 (학생용, 모둠활동용) 자문 : 권지숙 선생님
    1. 세포배경판 (핵과 세포질이 표시되어 있음, 하단에는 코돈표 있음. 핵 안에는 전사될 부분의 DNA 주형 서열이 제시되어 있음), 리보솜 (대단위체 + 소단위체), 아미노산, 뉴클레오타이드를 붙일 수 있는 mRNA 벨크로 띠(흰색), 뉴클레오타이드(A6, U6, G6, C6), 5′표시, 3′표시, tRNA, 카드링, 방출인자, 기타(포스트잇, 매직, 스카치테이프)
    2. 특성 및 교육적 효과
      1. 전사와 번역 과정을 하나의 도구로 모두 학습함으로써 형질 발현의 전체적인 과정을 연계성 있게 이해할 수 있다.
      2. 세포 내에서 전사가 일어나는 장소와 번역이 일어나는 장소를 구분할 수 있다.
      3. 벨크로(찍찍이), 카드링을 이용하여 조립과 분해를 간편하게 하였다. 반복 활용이 가능하다.
      4. 학생들이 직접 리보솜을 직접 이동시키면서 구체적이고 단계적으로 단백질이 합성되는 과정을 익힐 수 있다. 모둠학습을 통해 서로에게 설명할 수 있으며, 개인별 이해 속도에 맞춘 수업이 가능하다.
      5. 연계 : 동영상 제작 수행평가와 연계할 수 있다.
    3. 활용 예시 화면

 

Ⅳ. 보드 게임 : 번역 큐브

  1. 특성 및 교육적 효과
    1. 자는 놈들이 없다. 재미가 있다!
    2. 코돈표를 자연스럽게 읽는다.
    3. 코돈이 하나의 아미노산을 지정함을 자연스럽게 안다.
    4. 하나의 아미노산을 여러 코돈이 지정할 수 있음을 안다.(동의코돈)
    5. 게시코돈 AUG를 자연스럽게 안다.
    6. 종결코돈이 U로 시작하는 것을 자연스럽게 안다.
    7. 아미노산 이름을 자연스럽게 안다.
    8. ★똑똑한 학생들은 염기치환 돌연변이가 아미노산 변화를 가져온다는 것을 깨닫기도 한다.
    9. 확장성★ : 규칙 수정 가능! 다른 게임판으로 다른 유형의 게임을 개발하여 적용이 가능하다. (현재 ‘다빈치 코드’보드게임을 응용한 게임을 개발 중에 있다.^^)
  2. 구성 (1set, 4인용)

    1. 게임판 (B4 종이) : 염기 나열 공간, 코돈표, 게임 규칙이 적혀있음. 1인당 1장 배부.
    2. 블록
      염기 블록 A 흰6/노6/빨6/파6 24개
      U 흰6/노6/빨6/파6 24개
      G 흰6/노6/빨6/파6 24개
      C 흰6/노6/빨6/파6 24개
      연결 블록 흰6/노6/빨6/파6 24개
      종결 코돈 (검정 블록) UAA 2개

      UGA 2개

      UAG 2개

      6개
      아미노산 (주황 불록) 메싸이오닌 4개
      (연두 블록) 아미노산 20종

      각 1개씩

      20개
      조커(★) 흰1/노1/빨1/파1 4개 같은 색의 어떤 블록의 역할이라도 대신할 수 있다.
      방해 블록 방해1 (바꾸기) 2개 대기 블록끼리 맞바꾸기
      방해2 (방사선) 2개 결실 돌연변이 : 남의 mRNA 블록을 마당에 버리기
      158개
  3. 게임 방법
    게임판(B4 종이)을 참고, 번역큐브 설명서 PPT가 있음.

    승리 조건 : 아미노산 3개로 이루어진 폴리펩타이드를 가장 먼저 완성한 사람이 승리이다.

    1. 순서 정하기
    2. 종결코돈 뽑기
    3. 블록 12개씩 챙기기
    4.  등록
      1. AUG(개시코돈)와 연결블록 1개. 이렇게 네 개가 완성되면 게임판에 등록할 수 있다.
      2. 메싸이오닌 주황블록을 가져와 아미노산1 자리에 놓는다.
      3. 아래 ① 색 규칙과 ② 연결규칙을 지켜 등록한다.

        ① 색 규칙 : 코돈을 구성하는 3염기는 색이 모두 같거나 색이 모두 달라야 한다.등록을 못한 사람은 마당에서 2개의 블록을 가져온다. 다음 턴에 등록할 수 있다.

        ② 연결 규칙 : 코돈과 코돈 사이에는 연결 블록이 들어간다.
        앞의 코돈 ‘염기3‘와 뒤의 코돈 ‘염기1‘과 ‘연결(펩타이드 결합) 블록‘의 색은 같아야 한다.

    5. 염기 붙이기
      개시코돈+연결블록(블록 4개)’이 등록되어야 블록 붙이기를 할 수 있다.마. 염기 붙이기

      1. 1개 붙이기 : 등록 후에는 한 턴에 하나의 염기를 붙일 수 있다. (★ 색 규칙, 연결 규칙 준수)
      2. 2개 가져오기 : 자신의 턴에 붙일 염기가 없을 때, 마당에서 2개 염기를 가져온다.
      3. 2개 내리기 : 기존의 mRNA 서열에서 2개 블록을 내려 대기 위치에 놓을 수 있다.
    6. 아미노산 채우기
      3염기가 채워지면 상응하는 아미노산 블록을 가져와 게임판에 놓는다
    7. mRNA 서열 완성하기
      아미노산 3개로 이루어진 폴리펩타이드를 가장 먼저 완성한 사람이 승리한다.
      [Tip] 승리하려면 : 무작정 붙이기보다는 종결코돈을 미리 고려할 필요가 있다!
  4. 확장
    같은 블록 재료로 새로운 게임에 적용 : ‘다빈치 코드’ – 아미노산의 서열을 보고 상대방의 염기서열 알아맞히기.

 

UUU

UUC

페닐알라닌 UCU

UCC

UCA

UCG

세린 UAU

UAC

타이로신 UGU

UGC

시스테인
UUA

UUG

류신 UAA 종결코돈 UGA 종결코돈
UAG 종결코돈 UGG 트립토판
CUU

CUC

CUA

CUG

류신 CCU

CCC

CCA

CCG

프롤린 CAU

CAC

히스티딘 CGU

CGC

CGA

CGG

아르지닌
CAA

CAG

글루타민
AUU

AUC

AUA

아이소류신 ACU

ACC

ACA

ACG

트레오닌 AAU

AAC

아스파라진 AGU

AGC

세린
AAA

AAG

라이신 AGA

AGG

아르지닌
AUG 메싸이오닌

(개시코돈)

GUU

GUC

GUA

GUG

발린 GCU

GCC

GCA

GCG

알라닌 GAU

GAC

아스파트산 GGU

GGC

GGA

GGG

글라이신
GAA

GAG

글루탐산

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