CN208819492U - 一种用于教学的动态atp合酶分子教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于教学的动态ATP合酶分子教具，包括分子部与黑箱部，分子部包括第一基座(4)、第二基座(5)、外轴(3)、中轴(7)、6个插瓣球(2)、顶盖(1)；黑箱部包括箱体、第一齿轮(13)、第二齿轮(14)、电机(16)、舵机(15)；本实用新型结构简单，方便携带，自动化程度高，并且能够在教学过程中展示ATP合酶的外观结构，使学生更清晰地了解ATP合酶的运作原理。

Description

一种用于教学的动态ATP合酶分子教具

技术领域

本实用新型涉及一种模型教具，尤其涉及一种ATP合酶动态分子模型教具。

背景技术

ATP合酶广泛存在于线粒体，叶绿体，原核藻，异养菌和光合细菌中，是生物体能量代谢的关键酶。该酶分别位于类囊体膜，质膜或线粒体内膜上，参与氧化磷酸化与光和磷酸化反应，在跨膜质子动力势的推动下催化合成生物体的能量“通货”－ATP。ATP合酶的F0部分比鞭毛的动力结构的直径将近小一半。鞭毛的运动要经过几百个步骤，而ATP合酶的运动只需要几步。

在研究氧化磷酸化形成ATP的化学渗透学说时，ATP合酶的作用表现得尤为明显，因此在研究和教学时都需要充分了解ATP合酶的工作原理。然而在教学领域中，现只能通过理论知识或者是书本上的图片来讲解和分析ATP合酶，这种常用的教学方法缺乏生动性，也不利于学生的认知和消化。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种用于教学的动态ATP合酶分子教具，该教具结构简单、方便携带并且能够自动化展示ATP合酶的结构和工作原理。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于教学的动态ATP合酶分子教具，包括分子部与黑箱部，分子部包括第一基座、第二基座、外轴、中轴、6个插瓣球、顶盖；黑箱部包括箱体、第一齿轮、第二齿轮、电机、舵机；其中，所述第一基座、第二基座安装在箱体上，且所述第一基座、第二基座相互拼合形成基座；所述中轴的底部固定安装在箱体的底面，而顶部穿过基座伸出到基座外面，所述顶盖固定安装在中轴顶部的顶端面上，而所述插瓣球通过转轴与中轴的顶部侧面转动连接，且所述插瓣球绕中轴周向均匀分布；所述基座有12个圆柱体，所述圆柱体沿中轴的周向分布，且相邻的两个圆柱体之间互相连接在一起；所述舵机安装在箱体的底面上，且所述舵机绕中轴周向均匀分布，绳索一端与插瓣球固定，另一端穿过中轴与舵机的旋转臂固定连接，且每一个插瓣球对应一个舵机；当舵机的旋转臂位于初始状态时，该舵机对应的插瓣球呈竖直状态；当舵机的旋转臂旋转到极限位置时，该舵机对应的插瓣球呈斜翘状态；所述外轴设置于中轴的外侧，且所述外轴与中轴之间通过轴承转动连接；所述第二齿轮固定在外轴的底部上，所述电机固定安装在箱体的底面上，所述电机的转轴与第一齿轮传动连接，而所述第一齿轮与第二齿轮之间啮合传动连接；连接杆一端固定在基座上，另一端与顶盖相固定。

优选的：所述插瓣球旋转到极限位置时，其斜翘状态的角度为60度。

优选的：所述舵机为9g舵机。

优选的：所述电机的转速为25转/分。

优选的：所述顶盖通过胶水粘贴在中轴(7)顶部的顶端面上。

优选的：所述顶盖上开设有六道辐射状的沟壑，供绳索穿过。

优选的：所述中轴内部开设有6个竖直通道，所述竖直通道用于绳索穿过。

优选的：所述舵机的旋转臂面向中轴的一侧。

本实用新型相比现有技术，具有以下有益效果：

1.由于本实用新型是个三维立体模型，能使使用者更容易了解ATP合酶的结构和工作原理，更适合教学。

2，由于本实用新型采用拆装结构，不仅能够节省运输空间，降低运输成本，还能够增加使用者的动手能力，加深记忆，更加深入了解ATP合酶的构造以及工作原理。

3.本实用新型采用电源供电，程序控制。实现了ATP合酶的转动自动化控制。

附图说明

图1为本实用新型实施例的立体图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为本实用新型实施例的正视图；

图5为图4中的B－B剖视放大图；

图6为拆装示意图。

其中：1、顶盖；2、插瓣球；3、外轴；4、第一基座；5第二基座、；6、连接杆；7、中轴；8、黑箱右侧面；9、黑箱前侧面；10、黑箱上侧面；11、黑箱底面；12、黑箱左侧面；13、第一齿轮；14、第二齿轮；15、9g舵机；16、25转/分舵机；17、第一轴承；18、第二轴承；19、销子；20、黑箱后侧面；21、7.4V电池盒；22、16路舵机控制。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种用于教学的动态ATP合酶分子教具，如图1-6所示，包括分子部与黑箱部，分子部包括第一基座4、第二基座5、外轴3、中轴7、6个插瓣球2、顶盖1；黑箱部包括箱体、第一齿轮13、第二齿轮14、7.4V电池盒21、16路舵机控制板22、25转/分的电机16、9g舵机15；其中，共有6个相同插瓣球2，可结合围成球体。所述第一基座4、第二基座5安装在箱体上，且所述第一基座4、第二基座5相互拼合形成基座；所述中轴7的底部固定安装在箱体的底面11，而顶部穿过基座伸出到基座外面，所述顶盖1通过胶水粘贴在中轴7顶部的顶端面上，而所述插瓣球2通过转轴与中轴7的顶部侧面转动连接，且所述插瓣球2绕中轴7周向均匀分布；所述基座有12个圆柱体，所述圆柱体沿中轴7的周向分布，且相邻的两个圆柱体之间互相连接在一起；所述舵机15安装在箱体的底面11上，且所述舵机15绕中轴7周向均匀分布，所述顶盖1上开设有六道辐射状的沟壑，供绳索穿过。所述中轴7内部开设有6个竖直通道，所述竖直通道用于绳索穿过。绳索一端与插瓣球2固定，另一端穿过中轴7与舵机15的旋转臂固定连接(即另一端依次穿过顶盖1的沟壑、中轴7中的竖直通道与与舵机15的旋转臂固定连接)，且每一个插瓣球2对应一个舵机15，可保证顺利转动；6个9g舵机15围绕中轴7等弧度摆放，旋转臂朝内(舵机15的旋转臂面向中轴的一侧)。当舵机15的旋转臂位于初始状态时，该舵机15对应的插瓣球2呈竖直状态；当舵机15的旋转臂旋转到极限位置时，该舵机15对应的插瓣球2呈斜翘状态。插瓣球2旋转到极限位置时，其斜翘状态的角度为60度。所述外轴3设置于中轴7的外侧，且所述外轴3与中轴7之间通过轴承转动连接；所述第二齿轮14固定在外轴3的底部上，所述电机16固定安装在箱体的底面11上，所述电机16的转轴与第一齿轮13传动连接，即将第一齿轮13固定在25转/分电机16上，而所述第一齿轮13与第二齿轮14之间啮合传动连接，即将两个齿轮互相嵌合完好即可。两个齿轮大小不一，大齿轮固定在转速25/分电机上，小齿轮固定在外轴上。齿轮互相嵌合紧密，齿轮采用GB标准；连接杆6一端固定在基座上，另一端与顶盖1相固定。转速25/分电机与中轴水平，以齿轮传动的方式控制外轴旋转。电池盒，电路板摆放在黑箱内适宜位置。电机、电路板、电池盒均与底板采用胶水连接。各电路元件按正负极原则结合。

ATP合酶教具组装方式：将黑箱各面通过嵌合组装；16路舵机控制板22、25转/分电机16、7.4V电池盒21、9g舵机15用胶水粘合在黑箱底面上；中轴7与外轴3通过两个轴承(第一轴承17、第二轴承18)连接，可保证匀速转动；插瓣球2与中轴7通过绳索连接；中轴7底面连接销子19，销子19底面与黑箱底面通过胶水连接；顶盖1与中轴7通过胶水连接；第一齿轮13与25转/分电机16通过胶水连接；第二齿轮14与外轴3通过胶水连接；第一基座4、第二基座5与黑箱上侧面10通过胶水连接。

在使用时，依次拨动电池盒开关和16路舵机控制板开关。电机16转动驱动第一齿轮13转动，第一齿轮13带动第二齿轮14转动；另外，舵机15的旋转臂转动，拉动绳索，绳索拉动插瓣球2，使得插瓣球2绕转轴转动，当舵机15的旋转臂转动到极限位置时，插瓣球2呈斜翘60度状态。舵机15之间有规律驱动使得模型即可自动发生外轴3转动和插瓣球2有规律摆动，表示ADP与Pi合成ATP。

在完整的ATP合酶模型教具中，展示了ATP合酶的基本结构和作用原理，ATP合酶是由嵌埋在原核生物细胞膜上或真核生物线粒体内膜上的基部F0(第一基座4、第二基座5、中轴7、外轴3)和伸展在膜外头部F1(插瓣球2)所组成。其中F1是ATP合酶的催化中心，为一种五肽化合物－α、β、γ、ε、δ，其中的三个β亚基(插瓣球2)，催化ADP+Pi＝ATP可逆反应的分子内转化反应。β亚基(插瓣球2)可发生三种构象变化：一种有利于使ADP与Pi相结合，第二种可使ADP与Pi合成ATP，第三种则可使ATP释放。F0是一个三肽复合物(ab2c12),其中a亚基(第一基座4)有质子跨膜通道，而b亚基(第二基座5)则从膜上延伸到膜外，并沿着两个b亚基(连接杆6)和1个δ亚基(顶球1)构成一个类似马达定子的构造。γ、ε亚基(外轴3)起着马达转子轴心的作用，而十二个c亚基(第一基座4)则起着轴承的作用。当质子从膜外流入F0的α亚基(第二基座5)中后，通过消耗质子动势可合成ATP。ATP合酶的功能是可逆的，故当ATP水解时，也可通过同种酶产生质子动势。

三维立体的模型教具能够使观察者清楚地了解ATP合酶的外观，结构以及工作原理，

更适合于教学讲解，而拆装结构更有利于使用者加深对ATP合酶的外观，结构以及工作原理，并且有利于包装运输，节省包装运输的空间和成本。

另外，在16路舵机控制板22程序写入：采用配套上位机，控制9g舵机15依规律运动。规律为，6个9g舵机15被分为3组，两两对向一组。开关启动后，2个对向的9g舵机15摇臂开始从水平状态转到竖直状态，同时牵引1个插瓣球2由竖直状态转变为斜翘60度状态，历时1秒。随后，第二组2个对向9g舵机15牵引插瓣球2运动，运动方式同第一组，而此时，第一组2个9g舵机15摇臂由竖直转变为水平，第一组插瓣球2也下垂到竖直状态，历时1秒。随后，第三组2个对向9g舵机15牵引插瓣球2运动，运动方式如第一组，而此时，第二组2个对向9g舵机也下垂到竖直状态，第一组2个对向9g舵机状态不变，历时1秒。该过程形象生动地展示了ATP合酶F1部分各结构域的运作原理。

25转/分电机16控制：25转/分电机16由普通电机改装而来，配有变速箱，在额定电压下可实现25转/分的运转速度。该转速比较接近ATP合酶的F1部分的旋转轴的运转速度。将15转/分电机一方面固定在黑箱底面11上，正负极用电线分别与16路舵机控制板22的一组正负极连接。25转/分电机16的转子用胶水与第一齿轮13连接，第一齿轮13与第二齿轮14嵌合，第二齿轮14带动外轴3以一定速率转动。该过程形象生动地展示了ATP合酶F1部分转子的旋转过程。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于教学的动态ATP合酶分子教具，包括分子部与黑箱部，其特征在于：分子部包括第一基座(4)、第二基座(5)、外轴(3)、中轴(7)、6个插瓣球(2)、顶盖(1)；黑箱部包括箱体、第一齿轮(13)、第二齿轮(14)、电机(16)、舵机(15)；其中，所述第一基座(4)、第二基座(5)安装在箱体上，且所述第一基座(4)、第二基座(5)相互拼合形成基座；所述中轴(7)的底部固定安装在箱体的底面(11)，而顶部穿过基座伸出到基座外面，所述顶盖(1)固定安装在中轴(7)顶部的顶端面上，而所述插瓣球(2)通过转轴与中轴(7)的顶部侧面转动连接，且所述插瓣球(2)绕中轴(7)周向均匀分布；所述基座有12个圆柱体，所述圆柱体沿中轴(7)的周向分布，且相邻的两个圆柱体之间互相连接在一起；所述舵机(15)安装在箱体的底面(11)上，且所述舵机(15)绕中轴(7)周向均匀分布，绳索一端与插瓣球(2)固定，另一端穿过中轴(7)与舵机(15)的旋转臂固定连接，且每一个插瓣球(2)对应一个舵机(15)；当舵机(15)的旋转臂位于初始状态时，该舵机(15)对应的插瓣球(2)呈竖直状态；当舵机(15)的旋转臂旋转到极限位置时，该舵机(15)对应的插瓣球(2)呈斜翘状态；所述外轴(3)设置于中轴(7)的外侧，且所述外轴(3)与中轴(7)之间通过轴承转动连接；所述第二齿轮(14)固定在外轴(3)的底部上，所述电机(16)固定安装在箱体的底面(11)上，所述电机(16)的转轴与第一齿轮(13)传动连接，而所述第一齿轮(13)与第二齿轮(14)之间啮合传动连接；连接杆(6)一端固定在基座上，另一端与顶盖(1)相固定。

2.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述插瓣球(2)旋转到极限位置时，其斜翘状态的角度为60度。

3.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述舵机(15)为9g舵机。

4.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述电机(16)的转速为25转/分。

5.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述顶盖(1)通过胶水粘贴在中轴(7)顶部的顶端面上。

6.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述顶盖(1)上开设有六道辐射状的沟壑，供绳索穿过。

7.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述中轴(7)内部开设有6个竖直通道，所述竖直通道用于绳索穿过。

8.根据权利要求1所述用于教学的动态ATP合酶分子教具，其特征在于：所述舵机(15)的旋转臂面向中轴的一侧。