JP2013200424A - Dna model teaching materia and learning method using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DNA model which enables a user to learn the principle and process of replication of DNA through simulation by demonstration and into which a message including an arbitrary long text can be encrypted and written, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: A double helical backbone of DNA or a backbone obtained by expanding and parallelizing it is made of ropes or flexible tubes, and base pairs separable at intermediate positions are arranged on the backbone. A user can learn, through simulation by demonstration, the fundamental principle of DNA replication and the process of DNA replication including discontinuous replication due to Okazaki fragments in lagging chains by utilizing flexibility of the backbone to separate a double chain into two single chains, and a decoding table created by simulating a biological genetic code dictionary is used to encrypt an arbitrary message by a base sequence to write the message into the DNA model.

Description

本発明は、DNA(デオキシリボ核酸)模型、およびDNA複製の基本原理と具体的なプロセスを模擬的な実演によって学習し、さらに長文をも含めて任意のメッセージを暗号化して書き込むことにより、塩基配列による暗号されたDNAの情報を体験的に学習する学習方法に関し、特にロープまたは可撓性チューブで二重ラセンバックボーンまたは二重平行バックボーンを作り、バックボーンの可撓性を利用し二重鎖を二本の単鎖に分離して、DNAの複製をラギング鎖における岡崎フラグメントによる不連続複製をふくめて模擬的な実演を可能にすることのできる新しいDNA模型教材とそれを用いた学習方法に関する。   The present invention learns the basic principle and specific process of DNA (deoxyribonucleic acid) model and DNA replication by simulating demonstration, and further encrypts and writes an arbitrary message including a long sentence. In particular, it is a learning method to empirically learn the information of the encrypted DNA by creating a double helical backbone or a double parallel backbone with a rope or a flexible tube, and using the flexibility of the backbone, The present invention relates to a new DNA model teaching material and a learning method using the same, which can be separated into single strands of a book and enable simulated demonstration of DNA replication including discontinuous replication by Okazaki fragments in a lagging strand.

分子や結晶の構造を詳細かつ立体的に理解するために、分子模型や結晶模型が有用であり、これらについては、例えば特許文献1〜4に記載されている。DNAについても、従来からプラスチック、金属、木材、紙などの素材を用いて多様な模型が作製され、市販および展示され、教材としても用いられてきた。   In order to understand the structure of molecules and crystals in detail and three-dimensionally, molecular models and crystal models are useful. These are described in, for example, Patent Documents 1 to 4. As for DNA, various models have been conventionally produced using materials such as plastic, metal, wood, paper, etc., and are commercially available and exhibited and used as teaching materials.

従来のDNA模型では、DNAを構成する原子、あるいはその複合体である糖、燐酸、塩基または塩基ペアー、バックボーンなどの部分を多面体、角柱、球体、円柱、円筒、テープなどの形状を有する部品で作り、それらを接着剤、はめ込み構造、結合ワイヤーなどを用いて順番に結合させて二重ラセン構造または二重平行構造を有するバックボーンおよび塩基ペアーから構成されるDNA模型に組み上げ上げている。   In a conventional DNA model, the components of DNA, such as sugar, phosphoric acid, base or base pair, backbone, etc., which are complexes thereof, are parts having a shape such as polyhedron, prism, sphere, cylinder, cylinder, tape, etc. They are assembled into a DNA model composed of a backbone and a base pair having a double helical structure or a double parallel structure by sequentially bonding them using an adhesive, a fitting structure, a bonding wire and the like.

しかし、このような既存のDNA模型では、これを教材としてDNAの複製を模擬的な実演によって学習することが不可能である。なぜなら、これらを模擬的に実演するには、まず二重鎖DNAを二本の単鎖DNAに分離する必要があるが、既存のDNA模型では各部品が接着されているか、または互いにほとんど“遊び”のない状態でしっかりと結合されているので、二重鎖を分離することが不可能だからである。   However, such an existing DNA model cannot be used as a teaching material to learn DNA replication through a simulated demonstration. Because, in order to demonstrate these in a simulated manner, it is first necessary to separate double-stranded DNA into two single-stranded DNAs. However, in the existing DNA model, each part is bonded or almost “play” is achieved. This is because it is impossible to separate the duplex because it is tightly bound in the absence of “.

それゆえ、既存のDNA模型では、高々、塩基ペアーを他の塩基ペアーで置換して突然変異と遺伝子操作を模擬的に実演で学べるようにしたものしか存在せず、複製を模擬的に実演できるものを見出すことができない。   Therefore, in existing DNA models, there is only one that can replace the base pair with another base pair so that mutation and genetic manipulation can be learned by simulation, and replication can be simulated. I can't find anything.

また、既存のDNA模型で、学習者が任意に定めたメッセージを塩基配列によって暗号化できるものも見出すことができない。さらに、メッセージを暗号化してDNA模型に書き込む方法も知られていなかった。   Moreover, it is impossible to find an existing DNA model that can encrypt a message arbitrarily determined by a learner with a base sequence. Furthermore, a method for encrypting a message and writing it in a DNA model has not been known.

特開平5−163766JP-A-5-163766 特開2004−233900JP-A-2004-233900 特開2009−93204JP 2009-93204 A 特開2009−93205JP2009-93205

本発明者はこのような従来技術に対して、ロープまたは可撓性チューブで二重ラセンバックボーンまたは二重平行バックボーンを作り、それに、中間で分離可能な塩基ペアーを配置することによって、バックボーンの可撓性を利用して二重鎖を二本の単鎖に分離してDNA複製の原理の把握とそのプロセスを模擬的に実演することのできるDNA模型教材の作製法を発案し、研究を進めた。   The present inventor has made the possibility of the backbone by making a double helical backbone or a double parallel backbone with a rope or a flexible tube, and placing a base pair that can be separated in the middle of the conventional technology. We have developed a DNA model teaching material that can be used to analyze the principle of DNA replication and simulate the process by separating the double strand into two single strands using flexibility. It was.

この研究を進めるにあたって、本発明者は、実際に中高生を対象とした教育集会において参加者に考案したDNA模型を組み立てさせて、中高生が興味深くかつ容易に組み立てることのできるDNA模型の構造とその作製法を探求してきた。   In proceeding with this research, the present inventor actually assembled a DNA model devised by participants at an educational meeting for junior and senior high school students, and the structure and production of the DNA model that junior and high school students can assemble interestingly and easily. I have been searching for the law.

また、本発明者は、中高生対象の教育集会のみならず、成人を対象としたセミナーにおいてDNAについて講義をするうちに、出席者がDNA複製のメカニズムに強い関心を寄せていることを知り、DNA複製の具体的なプロセスを模擬的に実演すれば大きな教育効果を挙げることができることに気づいた。   Furthermore, the present inventor learned that attendees were strongly interested in the mechanism of DNA replication during lectures on DNA in seminars for adults as well as educational meetings for middle and high school students. I realized that a large educational effect can be achieved by demonstrating the specific process of replication.

さらに本発明者は、中高生および成人が、DNAに生命に関する情報が暗号化されていることに対して非常に強い興味を抱いていることを見出した。そこで、DNA模型を組み立てる者が任意に考えたメッセージを塩基配列によって暗号化できる方法を探究してきた。   Furthermore, the present inventor has found that middle and high school students and adults are very interested in the fact that life-related information is encoded in DNA. Therefore, a method for encrypting a message arbitrarily thought by a person who assembles a DNA model with a base sequence has been sought.

そこで本発明者は、教育の現場で実際に活用するのに適したDNA模型の開発を行った。教育の現場で実際に活用するのに適したDNA模型は、用いる素材が安価で加工が容易であり、したがって低価格で生産が可能であるのみならず、その組み立てが容易であって、この模型を操作して、DNA複製のメカニズムを体験的に学習できるものであることが望ましい。   Therefore, the present inventor has developed a DNA model suitable for practical use in the field of education. A DNA model that is suitable for practical use in the field of education is not only cheap to use and easy to process, and thus not only can be produced at a low price, but also its assembly is easy. It is desirable to be able to learn the mechanism of DNA replication through experience.

本発明は、このような必要に答えることができるDNA模型教材を提供するものである。また、本発明のDNA模型教材を用いたDNA複製のメカニズムについて体験的に学習する学習方法を提供する。さらに本発明のDNA複製の学習方法は、本発明のDNA模型教材を用い、塩基配列による暗号されたDNAの情報を体験的に学習する学習方法を提供するものである。   The present invention provides a DNA model teaching material that can answer such a need. Also provided is a learning method for experientially learning about the mechanism of DNA replication using the DNA model teaching material of the present invention. Furthermore, the DNA replication learning method of the present invention provides a learning method for experientially learning DNA information encoded by a base sequence using the DNA model teaching material of the present invention.

本発明のDNA模型教材は、DNAを構成している糖と燐酸で構成されたラセン状の二本の鎖で構成されたラセン状バックボーンに対応し、ロープまたは可撓性チューブで構成したラセン「二本鎖バックボーン・構造体」と、このDNAにおけるラセン状の二本の鎖からなるラセン状バックボーンが、二本のラセン状の単鎖バックボーンで構成され、この二本のラセン状の単鎖バックボーンが塩基ペアーの配列によって結合されていることに対応し、容易に分離し得る結合でペアーを形成し二本のロープまたは可撓性チューブで構成された二本の「ラセン単鎖バックボーン・構造体」間を結合している棒または筒状の素材で構成された塩基ペアー・構造体とを備えたラセン二本鎖構造を備えたものである。なお、ここでは「・構造体」によって、実際のDNAを構成している各要素に対応する模型教材の各要素を表すものとする。   The DNA model teaching material of the present invention corresponds to a helical backbone composed of two helical strands composed of sugar and phosphoric acid constituting DNA, and a helical “ A double-stranded backbone / structure and a helical backbone consisting of two helical strands in this DNA are composed of two helical single-stranded backbones, and the two helical single-stranded backbones. Two "helix single-chain backbones / structures composed of two ropes or flexible tubes, paired with easily separable bonds, corresponding to the bases connected by base pair sequences It has a helical double-strand structure with a base pair / structure composed of rods or cylindrical materials that are connected to each other. Here, “• structure” represents each element of the model teaching material corresponding to each element constituting the actual DNA.

また、本発明のDNA模型教材は、DNAを構成する糖と燐酸で構成されたラセン状の二本の鎖で構成されたラセン状バックボーンに対応し、ロープまたは可撓性チューブで構成した「平行二本鎖バックボーン・構造体」と、このDNAにおけるラセン状の二本の鎖からなるラセン状バックボーンが、二本のラセン状の単鎖バックボーンで構成され、この二本のラセン状の単鎖バックボーンが塩基ペアーの配列によって結合されていることに対応し、容易に分離し得る結合でペアーを形成し二本のロープまたは可撓性チューブで構成された二本の「直線単鎖バックボーン・構造体」間を結合している棒または筒状の素材で構成された塩基ペアー・構造体とを備えた平行二本鎖構造を備えたものであってもよい。   In addition, the DNA model teaching material of the present invention corresponds to a helical backbone composed of two helical strands composed of sugar and phosphoric acid constituting DNA, and “parallel” composed of a rope or a flexible tube. A double-stranded backbone / structure and a helical backbone consisting of two helical strands in this DNA are composed of two helical single-stranded backbones, and the two helical single-stranded backbones. Two "straight single-chain backbone structures composed of two ropes or flexible tubes, paired with easily separable bonds, corresponding to the bases being linked by base pair sequences It may be provided with a parallel double-stranded structure including a base pair / structure composed of a rod or a tube-like material that joins each other.

本発明のDNA模型教材は、上記のDNA模型教材にさらに、上記平行二本鎖構造を有するDNA模型教材の「平行二本鎖DNA・構造体」を、二本の「直線単鎖DNA・構造体」に分離し、その一方をDNAの複製におけるリーディング鎖に対応する「直線単鎖DNA・構造体」、他方をラギング鎖に対応する「直線単鎖DNA・構造体」とみなし、このリーディング鎖に対応する「直線単鎖DNA・構造体」と相補的な「塩基・構造体」配列を持つ「直線単鎖DNA・構造体」と、ラギング鎖に対応するもう一本の「直線単鎖DNA・構造体」と相補的に結合する「塩基・構造体」の配列を有する直線単鎖DNAを複数個に分割して得られる岡崎フラグメントに対応した「岡崎フラグメント・構造体」とを追加することができる。   The DNA model teaching material of the present invention is obtained by adding the “parallel double-stranded DNA / structure” of the DNA model teaching material having the above-described parallel double-stranded structure to the two “linear single-stranded DNA / structure”. The leading strand is regarded as a “linear single-stranded DNA / structure” corresponding to the leading strand in DNA replication, and the other is regarded as a “linear single-stranded DNA / structure” corresponding to the lagging strand. “Linear single-stranded DNA / structure” having a “base / structure” sequence complementary to “Linear single-stranded DNA / structure” corresponding to, and another “linear single-stranded DNA corresponding to lagging strand”・ Add “Okazaki Fragments / Structures” corresponding to Okazaki Fragments obtained by dividing linear single-stranded DNA having “Base / Structure” sequences that bind complementarily to “Structures”. Can do.

本発明のDNA複製プロセスの学習方法は、上記のラセン二本鎖構造または平行二本鎖構造を有するDNA模型教材を用い、この「ラセン二本鎖バックボーン・構造体」または「平行二本鎖バックボーン・構造体」を、この構造体が可撓性を有することを利用して、二本のラセン単鎖DNAに対応する二本の「ラセン単鎖バックボーン・構造体」または二本の「直線単鎖バックボーン・構造体」に分離し、この二本の構造体の片方をDNA複製における親鎖とみなし、他方をDNA複製における娘鎖とみなし、親鎖側の「塩基・構造体」の配列に相補的な「塩基・構造体」の配列を持つ娘鎖と再結合させて、もとのラセン二本鎖構造または平行二本鎖構造を復元することにより、親鎖を鋳型として娘鎖DNAが合成されるプロセスを体験的に学習するものである。   The learning method of the DNA replication process of the present invention uses the above-described DNA model teaching material having a helical double-stranded structure or a parallel double-stranded structure, and this “helical double-stranded backbone / structure” or “parallel double-stranded backbone”.・ "Structure" is obtained by utilizing the flexibility of this structure, two "helical single-stranded backbone structures" corresponding to two helical single-stranded DNAs or two "linear single-stranded structures". The strand backbone / structure ”is separated, and one of these two structures is regarded as a parent strand in DNA replication, and the other is regarded as a daughter strand in DNA replication. By recombining with a daughter strand having a complementary “base / structure” sequence to restore the original helical double-stranded structure or parallel double-stranded structure, the daughter-strand DNA can be obtained using the parent strand as a template. Experiencing the synthesized process It is intended to learn.

また、本発明のDNA複製プロセスの学習方法は、上記二本鎖構造を有するDNA模型教材のいずれかで、同じ「塩基・構造体」配列を持つDNA模型教材を2組用い、その二組の模型教材の「二本鎖バックボーン・構造体」を、二本のラセン状単鎖DNAに対応する二本の「単鎖DNA・構造体」に分離し、これら二本の「単鎖バックボーン・構造体」を親鎖とみなし、他方のDNA模型教材の単鎖バックボーン・構造体に分離してこれを二本の娘鎖とみなし、それぞれの親鎖側の「塩基・構造体」の配列に対応する「塩基・構造体」と、これと相補的な「塩基・構造体」の配列を有する娘鎖と再結合させることにより、単鎖の組み合わせが当初の「単鎖DNA・構造体」とは異なる二つの二本鎖構造を作ることによって、親鎖を鋳型として娘鎖DNAが合成されるプロセスを体験的に学習するものであってもよい。   Further, the learning method of the DNA replication process of the present invention uses two sets of DNA model teaching materials having the same “base / structure” sequence in any of the above-described DNA model teaching materials having a double-stranded structure, The model material “double-stranded backbone / structure” is separated into two “single-stranded DNA / structure” corresponding to two helical single-stranded DNAs. Is considered as the parent chain, separated into the single-stranded backbone / structure of the other DNA model teaching material and considered as two daughter chains, corresponding to the sequence of the “base / structure” on each parent chain side The original “single-stranded DNA / structure” is a combination of single strands by recombination with a “strand / structure” and a daughter strand having a complementary “base / structure” sequence. By creating two different double-stranded structures, using the parent chain as a template Daughter strand DNA may be one that experiential learning process to be synthesized.

本発明のDNA複製プロセスの学習方法は、上記の「直線単鎖DNA・構造体」と「岡崎フラグメント・構造体」の追加されたDNA模型教材を用い、平行二本鎖構造の一端から平行二本鎖構造をリーディング鎖とラギング鎖に相当する二本の「直線単鎖DNA・構造体」に分離することにより、DNA複製における複製バブルに対応する構造を形成し、このリーディング鎖に相当する構造体に、「直線単鎖DNA・構造体」を連続的に結合させるとともに、ラギング鎖の構造体に「岡崎フラグメント・構造体」を一個ずつ不連続的かつリーディング鎖とは逆の方向に結合を進めることによって、DNAの複製バブルで行われる不連続的複製のプロセスを体験的に学習することができるものである。   The learning method of the DNA replication process of the present invention uses a DNA model teaching material to which the above-mentioned “linear single-stranded DNA / structure” and “Okazaki fragment / structure” are added, and from one end of the parallel double-stranded structure to the parallel double-stranded structure. By separating the double-stranded structure into two “linear single-stranded DNA structures” corresponding to the leading strand and the lagging strand, a structure corresponding to the replication bubble in DNA replication is formed, and the structure corresponding to this leading strand “Linear single-stranded DNA / structure” is continuously bonded to the body, and “Okazaki fragment / structure” is bonded to the structure of the lagging strand one by one in the direction opposite to the leading strand. By proceeding, it is possible to empirically learn the process of discontinuous replication performed in a DNA replication bubble.

本発明のDNA模型教材は、上記の「直線単鎖DNA・構造体」と「岡崎フラグメント・構造体」の追加されたDNA模型教材にさらに、「塩基ペアー・構造体」の結合部分に磁石とそれに吸引される鉄片の組み合わせ、または磁石と磁石の組み合わせを用いることにより、ペアーの結合と分離を容易に行なえるようにするとともに、DNAの複製が行われる複製バブルの端の複製フォークで起きる次の三つのプロセスを表す三つの装置、すなわち、(1)平行二本鎖構造をリーディング鎖とラギング鎖に分離するプロセスを、「塩基ペアー・構造体」をブロック片の先端部に当てて二つの「塩基・構造体」に分離することによって、二本の「単鎖DNA・構造体」を得ることによって、複製フォークにおける分離プロセスをシミュレートする二本鎖構造分離装置と、(2)リーディング鎖を鋳型として二本鎖が連続的に合成されるプロセスを、リーディング鎖に相当する構造体およびそれと相補的なDNA単鎖を表す「単鎖DNA・構造体」とを、入り口が離れていて出口が接近している二つのチャンネルを通過させて二つのチャンネルの出口を出た直後に、前記磁石の吸引力によって両構造体を結合させることにより、複製フォークにおけるリーディング鎖における複製プロセスをシミュレートするリーディング鎖を鋳型とする二本鎖複製装置と、(3)ラギング鎖を鋳型として二本鎖が岡崎フラグメントに分かれて不連続的に合成されるプロセスを、ラギング鎖に相当する「単鎖DNA・構造体」と、それと相補的な複数の「岡崎フラグメント・構造体」とを、入り口が離れていて出口が接近している二つのチャンネルを通過させて二つのチャンネルの出口を出た直後に、前記磁石の吸引力によって両構造体を結合させることにより、複製フォークにおけるラギング鎖における複製プロセスをシミュレートするラギング鎖を鋳型とする二本鎖複製装置とを有する複製フォークシミュレーターを備えたものである。   The DNA model teaching material of the present invention includes a DNA model teaching material to which the above-mentioned “linear single-stranded DNA / structure” and “Okazaki fragment / structure” are added, and a magnet at the binding portion of “base pair / structure”. By using a combination of iron pieces attracted to it, or a combination of magnets and magnets, the pair can be easily combined and separated, and the following occurs at the replication fork at the end of the replication bubble where DNA replication occurs. The three devices that represent the three processes: (1) the process of separating the parallel double-stranded structure into the leading strand and the lagging strand; Simulate the separation process in a replication fork by obtaining two “single-stranded DNA structures” by separating them into “base structures” A double-strand structure separation device, and (2) a process in which double strands are continuously synthesized using a leading strand as a template, a structure corresponding to the leading strand and a single-stranded DNA that represents a complementary DNA single strand.・ "Structure" by connecting the two structures by the attractive force of the magnet immediately after passing through the two channels whose entrance is separated and the exit is approaching and exiting the exit of the two channels , A double-stranded replication device using the leading strand as a template to simulate the replication process in the leading strand in the replication fork, and (3) the double strand is divided into Okazaki fragments and synthesized discontinuously using the lagging strand as a template The process separates the “single-stranded DNA / structure” corresponding to the lagging strand and multiple “Okazaki fragments / structures” complementary to it. Immediately after exiting the two channel outlets through the two channels that are close to the outlets, the duplication process in the lagging chain in the replication fork is simulated by coupling both structures by the attractive force of the magnet. A replication fork simulator having a double-stranded replication device using a lagging strand to be cast as a template.

また本発明のDNA複製プロセスの学習方法は、こうした複製フォークシミュレーターを有するDNA模型教材を用いて、DNA複製において複製フォークで起きる三つのプロセス、すなわち、(1)平行二本鎖構造を二本のDNA単鎖すなわちリーディング鎖とラギング鎖に分離するプロセス、(2)リーディング鎖を鋳型として、複製フォークの進行方向に進行するDNAの連続的複製のプロセス、(3)ラギング鎖を鋳型として、複数の岡崎フラグメントの合成が個々にはリーディング鎖の進行方向とは逆の方向に、しかし全体としてはリーディング鎖の進行方向すなわち複製フォークの進行方向と同じ方向に不連続的に進行するDNAの不連続的複製のプロセスを体験的に学習することができるものである。   The method for learning the DNA replication process of the present invention uses the DNA model teaching material having such a replication fork simulator to perform three processes that occur at the replication fork in DNA replication, that is, (1) a parallel double-stranded structure is converted into two A process of separating a DNA single strand, that is, a leading strand and a lagging strand, (2) a process of continuous replication of DNA that proceeds in the direction of the replication fork using the leading strand as a template, and (3) a plurality of lagging strands as templates. Okazaki fragment synthesis is individually discontinuous in the direction opposite to the leading strand, but overall the discontinuous DNA is traveling in the same direction as the leading strand, ie in the same direction as the replication fork. The process of replication can be learned experientially.

本発明の遺伝情報暗号の学習方法は、生体の遺伝暗号解読表を模して作成した暗号解読表を用いて任意のメッセージを「塩基ペアー・構造体」の配列によって暗号化して一個のDNA模型に書き込むことを可能にした請求項1ないし6のいずれか一項に記載したDNA模型教材を用いてメッセージの暗号化することにより、遺伝情報の暗号化を体験的に学習することができるものである   According to the genetic information code learning method of the present invention, a single DNA model is obtained by encrypting an arbitrary message with a sequence of “base pairs / structures” using a decryption table created by imitating a genetic decryption table of a living body. By encrypting a message using the DNA model teaching material according to any one of claims 1 to 6 which can be written in, it is possible to learn genetic information encryption experientially. is there

また、本発明の遺伝情報暗号の学習方法は、任意のメッセージを分割して、前記の暗号解読表を用いて塩基配列で暗号化して複数の請求項1または2に記入したDNA模型に書き込み、それらを連結することによって長文のメッセージを一個の模型に暗号化して書き込むことを可能にしたDNA模型教材、およびそれを用いて長文のメッセージを分割して暗号化することによって遺伝情報の暗号化を体験的に学習することができるものである。   Further, the genetic information code learning method of the present invention divides an arbitrary message, encrypts it with a base sequence using the decryption table, and writes it into a plurality of DNA models written in claim 1 or 2, By connecting them, DNA model teaching materials that make it possible to encrypt and write long messages into one model, and to encrypt genetic information by dividing and encrypting long messages using it It can be learned experientially.

本発明のDNA模型教材には、バックボーン・構造体として、軟質ポリウレタンのロープまたはチューブを好ましく用いることができる。ポリウレタンのロープまたはチューブは、容易に入手が可能であり、可撓性があり、また熱処理を行えばラセン構造が形成できるなど、本発明に用いる素材として優れた性質を持つことがわかった。   In the DNA model teaching material of the present invention, a flexible polyurethane rope or tube can be preferably used as the backbone / structure. It has been found that polyurethane ropes or tubes are readily available, flexible, and have excellent properties as materials for use in the present invention, such as forming a helical structure when heat-treated.

本発明のDNA模型によって、DNAの複製が親鎖を鋳型として行われるという基本的な原理から、専門的なDNA複製のプロセス、すなわち複製バブルで行われている連続的複製と岡崎フラグメントによる不連続的複製のプロセスまでを模擬的な実演によって学ぶことができるようになった。また従来のDNA模型では、高々塩基ペアーを置換して突然変異と遺伝子操作を学ぶことしかできなかったが、本発明のDNA模型では、塩基ペアーを置換して突然変異と遺伝子操作を学べるのみならず、DNAの複製現象を、基本的レベルから専門的レベルにいたる広い範囲について模擬的な実演によって体験的に学ぶことが可能にされている。   With the DNA model of the present invention, from the basic principle that DNA replication is performed using the parent strand as a template, a specialized DNA replication process, that is, continuous replication performed in a replication bubble and discontinuity due to Okazaki fragments It became possible to learn the process of automatic duplication through simulated demonstrations. In addition, in the conventional DNA model, it was only possible to learn mutation and gene manipulation by substituting at most base pairs. However, in the DNA model of the present invention, if it is only possible to learn mutation and genetic manipulation by substituting base pairs. First, it is made possible to learn the DNA replication phenomenon from experience through simulated demonstrations over a wide range from the basic level to the professional level.

本発明のラセン二本鎖構造を有するDNA模型教材の一実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically one Embodiment of the DNA model teaching material which has a helical double stranded structure of this invention. 本発明の他の実施形態である平行二本鎖構造を有するDNA模型教材を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the DNA model teaching material which has a parallel double stranded structure which is other embodiment of this invention. 本発明で用いたDNA模型の塩基ペアーに対応する「塩基ペアー・構造体」の一実施形態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically one Embodiment of the "base pair and structure" corresponding to the base pair of the DNA model used by this invention. 本発明の一実施形態として、「塩基ペアー・構造体」を「バックボーン・構造体」に取り付けるために先開型圧着端子を、「塩基ペアー・構造体」の先端に取り付けた様子を模式的に示した図である。As an embodiment of the present invention, a state in which a front-opening type crimp terminal is attached to the tip of a “base pair / structure” in order to attach the “base pair / structure” to the “backbone / structure” is schematically illustrated. FIG. 「塩基・構造体」としての塩基筒または塩基棒間の相補的結合を明確に示すために、A/T塩基ペアーとG/C塩基ペアーの断面を異なる構造とした具体例を模式的に示した図である。In order to clearly show complementary binding between base tubes or base rods as “base / structure”, a specific example in which the cross sections of the A / T base pair and G / C base pair are different is schematically shown. It is a figure. 本発明のラセン二本鎖構造を有するDNA模型教材1個を用い、親鎖を鋳型としてDNAの複製が行われる原理について模擬的に実演をする方法について模式的に示した図である。It is the figure which showed typically about the method of demonstrating the principle in which DNA replication is performed by using one DNA model teaching material which has the helical double stranded structure of this invention, and using a parent chain as a template. 本発明の平行二本鎖構造を有するDNA模型教材1個を用い、親鎖を鋳型としてDNAの複製が行われる原理を模擬的な実演によって示す方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the method which shows the principle by which DNA replication is performed by using one DNA model teaching material which has a parallel double stranded structure of this invention, and using a parent chain as a template by a simulated demonstration. 本発明のラセン二本鎖構造を有するDNA模型教材を2個用いて、親鎖を鋳型としてDNAの半保存的複製が行われる原理を模擬的に実演する方法を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the method of demonstrating the principle in which semi-conservative replication of DNA is performed using a parent chain as a template using two DNA model teaching materials which have the helical double stranded structure of this invention. . DNAの複製が行われる領域、すなわち複製バブルとその両端の複製フォークを模式的に説明した図である。It is the figure which demonstrated typically the area | region where DNA replication is performed, ie, a replication bubble, and the replication fork of the both ends. DNAの複製バブルにおけるリーディング鎖上での連続的複製とラギング鎖上での岡崎フラグメントによる不連続的複製を模式的に説明した図である。It is the figure which demonstrated typically the continuous replication on the leading strand in the DNA replication bubble, and the discontinuous replication by the Okazaki fragment on a lagging strand. 本発明による複製シミュレーターの構造および複製フィークシミュレーターを有するDNA模型教材を用いて、リーディング鎖上での連続的複製とラギング鎖上での岡崎フラグメントによる不連続的複製を模擬的に実演する方法を模式的に説明した図である。Schematic method of demonstrating continuous replication on leading strand and discontinuous replication by Okazaki fragment on lagging strand using DNA simulator teaching material with replication simulator structure and replication fake simulator according to the present invention FIG.

DNAのバックボーンに対応する「バックボーン・構造体」をロープまたは可撓性のチューブを用い、また、DNAの塩基ペアに対応する「塩基ペアー・構造体」として、プラスチックの筒のペアーを塩基筒ペアーと名付けて配置して、それぞれ図1および図2に模式的に示したラセン二本鎖構造のDNA模型と、これを引き伸ばした形の平行二本鎖構造のDNA模型を製作した。これらの模型では、「バックボーン・構造体」の可撓性を利用して、二本鎖を二本の単鎖に分離し、DNA複製についての基本原理を模擬的な実演により学習できるようにした。また後述するようなリーディング鎖における連続的複製およびラギング鎖における岡崎フラグメントによる不連続的複製を含めた詳細なDNA複製のプロセスについて、模擬的な実演により学習できるようにした。   A “backbone / structure” corresponding to the DNA backbone is a rope or a flexible tube, and a “base pair / structure” corresponding to a DNA base pair is a plastic base pair. The helical double-stranded DNA model schematically shown in FIGS. 1 and 2, respectively, and the parallel double-stranded DNA model stretched from this were produced. In these models, the flexibility of the “backbone / structure” was used to separate the double strands into two single strands so that the basic principles of DNA replication can be learned through simulated demonstrations. . In addition, the detailed DNA replication process including continuous replication in the leading strand and discontinuous replication by the Okazaki fragment in the lagging strand as described later can be learned through simulated demonstrations.

本発明の二重ラセン構造を有するDNA模型教材は、二本の軟質ポリウレタンのロープを円筒形のテンプレートに巻きつけた状態にて、この軟質ポリウレタンの軟化点以上の温度で加熱することにより、得ることができた。しかし、二重ラセンバックボーン模型の作製方法は、これに限るものではない。   The DNA model teaching material having a double helical structure of the present invention is obtained by heating at a temperature equal to or higher than the softening point of the soft polyurethane in a state where two soft polyurethane ropes are wound around a cylindrical template. I was able to. However, the method for producing the double helical backbone model is not limited to this.

図1に模式的に示したラセン二本鎖構造を有するDNA模型教材は、DNAの二重ラセン状バックボーンに対応させて二本のロープ12aと12bをラセン状にし、これを「バックボーン・構造体」とし、またDNA塩基ぺアーに対応させて塩基筒14aと14bが結合しこの二本のロープを架橋する形にて、「塩基ペアー・構造体」としての塩基筒ペアー14を配置し配列したものである。また、二本のロープ12a、12bのラセンの“谷底”部分には、鉄片16を固定し、これを台座18に固定した磁石20に吸引させることにより、着脱が可能でこの模型教材を台座に固定できるようにしてある。   The DNA model teaching material having a helical double-stranded structure schematically shown in FIG. 1 has two ropes 12a and 12b in a helical shape corresponding to a double helical backbone of DNA. In addition, the base tubes 14a and 14b are linked to correspond to the DNA base pairs and the two ropes are cross-linked, and the base tube pair 14 as the “base pair / structure” is arranged and arranged. Is. In addition, the iron strip 16 is fixed to the “valley bottom” portion of the spiral of the two ropes 12a and 12b, and this model teaching material can be attached to the base by attracting the iron piece 16 to the magnet 20 fixed to the base 18. It can be fixed.

また、平行二本鎖構造を有するDNA模型教材は、図2に示したように、二本のDNAバックボーンに対応させて、二本の直線状のロープ12cと12dを平行に並べて構成し、これを「バックボーン・構造体」とし、また分離可能なDNAの塩基ペアーに対応させて、中間で分離すればペアーを解消することができる塩基筒で構成された「塩基ペアー・構造体」14を並べて配置した。   Further, as shown in FIG. 2, the DNA model teaching material having a parallel double-stranded structure is configured by arranging two linear ropes 12c and 12d in parallel, corresponding to the two DNA backbones. Is a “backbone / structure”, and a “base pair / structure” 14 consisting of base tubes that can be resolved by separating them in the middle, corresponding to the base pairs of separable DNA. Arranged.

本発明の一実施形態の「塩基ペアー・構造体」として、次のような構造のものを製作した。まず通常A、 T、 G、およびCと略記されるアデニン、チミン、グアニンおよびシトニンの4種類の塩基に対応する塩基筒を、それぞれ赤、黄、緑、青の4色を有するプラスチック製の塩基筒に対応させた。そして互いに相補的な塩基筒、すなわち赤Aと黄T、および緑氏Gと青Cの組み合わせの「塩基ペアー・構造体」である塩基筒ペアー25を、図3のaに示したように、固定用のいわゆる竹の子構造22のジョイント24を有する塩基筒25aと25bの塩基筒ペアー25と、図3bに示したような磁石26とそれに吸引される鉄片28を用いた塩基筒25cと25dからなる「塩基ペアー・構造体」としての塩基筒ペアー25を製作した。   As a “base pair / structure” according to an embodiment of the present invention, the following structure was manufactured. First, the bases corresponding to the four bases of adenine, thymine, guanine and cytonin, usually abbreviated as A, T, G, and C, are made of plastic bases having four colors of red, yellow, green and blue, respectively. Corresponding to the tube. As shown in FIG. 3a, base cylinders 25, which are complementary bases, that is, “base pairs / structures” of a combination of red A and yellow T and green G and blue C, A base cylinder 25a and a base cylinder pair 25b having a joint 24 of a so-called bamboo shoot structure 22 for fixing, and a base cylinder 25c and 25d using a magnet 26 and an iron piece 28 attracted thereto as shown in FIG. 3b. Base tube pair 25 was made as a “base pair / structure”.

図4に示したように、二つの塩基筒25aと塩基筒25bによって形成された塩基筒ペアー25の末端には、アルミニウム製の先開型圧着端子30を固定し、圧着端子のU字型の開放端に、バックボーンに対応させたロープを挟み込んで固定した。開放端の間隔とDNAのバックボーンに対応するロープの外径との兼ね合いを良好にすることで、塩基筒ペアーをバックボーンのロープに対して回転させて塩基ペアー25の方向を望みの方向に調整することが可能であり、また、ペアーを分離し再結合することにより、DNA複製のプロセスを模擬する操作を行っても、塩基筒ペアーの位置は、ずれることなく保つことができることがわかった。   As shown in FIG. 4, an aluminum tip-open crimp terminal 30 is fixed to the end of the base cylinder pair 25 formed by the two base cylinders 25a and 25b, and the U-shaped crimp terminal is fixed. A rope corresponding to the backbone was sandwiched and fixed at the open end. By adjusting the balance between the open ends and the outer diameter of the rope corresponding to the DNA backbone, the base pair is rotated with respect to the backbone rope to adjust the direction of the base pair 25 to the desired direction. In addition, it was found that the position of the base tube pair can be maintained without shifting even if an operation for simulating the DNA replication process is performed by separating and recombining the pair.

さらに先開型圧着端子30を用いて固定している塩基ペアーは、容易に取り外して他の塩基筒ペアーとの交換ができるので、突然変異および遺伝子操作を模擬的な実演によって学ぶことができる。   Furthermore, since the base pair fixed using the front-opening type crimp terminal 30 can be easily removed and exchanged with other base tube pairs, mutation and genetic manipulation can be learned through simulated demonstrations.

なお、塩基ペアーに対応させる素子である塩基筒の形状や結合の方法は、上記した方法に限定されるものではない。すなわち、筒状の形状代わりに角柱、楕円柱などの形状の素子を塩基棒として用いることができる。また、図3の(a)および(b)に示した竹の子構造22または磁石26の代わりに、フック、スナップ、はめ込み構造などを用いて塩基筒を結合させることができる。さらに、図5の(a)に示したように、A/T塩基ペアーに対応するA塩基筒25AとT塩基筒25TのペアーおよびG/C塩基ペアーに対応するG塩基筒25GとC塩基筒25Cのペアーの接触面が塩基ペアーの軸となす角度を、直角29a、29bまたはそれ以外の角度29c、29dとしたり、また同図のbに示したように、鍵と鍵穴の関係29e、29f、29g、29hとすることによって、塩基間の相補的結合を明確に示すことができる。同様にDNAバックボーンに対応させる「バックボーン・構造体」としてのロープは、ロープのほか、例えば可撓性チューブであってもよい。   In addition, the shape of the base cylinder which is an element corresponding to the base pair and the method of coupling are not limited to the above-described methods. That is, an element having a shape such as a prism or an ellipse can be used as a base rod instead of a cylindrical shape. In addition, the base tube can be coupled using a hook, snap, inset structure, or the like, instead of the bamboo structure 22 or the magnet 26 shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Further, as shown in FIG. 5 (a), the A base tube 25A and the T base tube 25T corresponding to the A / T base pair, and the G base tube 25G and the C base tube corresponding to the G / C base pair. The angle between the contact surface of the pair of 25C and the axis of the base pair is a right angle 29a, 29b or other angles 29c, 29d, and as shown in FIG. , 29g, and 29h can clearly show complementary binding between bases. Similarly, the “backbone / structure” rope corresponding to the DNA backbone may be, for example, a flexible tube in addition to the rope.

図6に示したように、先に図1に示したラセン二本鎖構造のDNA模型教材は、磁石を介して固定されている台座から引き離し、同図の(b)に示したように、DNAのバックボーンに対応する二本のロープ12aと12bのラセンを左端から解きほぐして、同図の(c)に示したように、二本の単鎖DNAに対応した単鎖バックボーン・構造体である二本のロープ32と34とに分離することができる。なお、二本の単鎖DNAが塩基配列を有していることに対応して、二本の単鎖ロープは塩基筒14aおよび14bの配列が設けられている。従って、この模型教材を利用すれば、DNA複製の原理を模擬的に実演することができる。すなわち、分離して得た片方の単鎖DNAに対応する単鎖バックボーン・構造体であるロープ32を、まず親鎖に対応する親鎖ロープとする。生体中では、この親鎖を鋳型としてその上に原子が結合して娘鎖が複製されるのであるが、ここではもう一方の単鎖バックボーンに対応した単鎖バックボーン・構造体としてのロープ34を娘鎖に対応する単一ロープとし、これを端から順に親鎖に対応する親鎖のロープ32に結合させてゆき、二本鎖のバックボーン・構造体を形成する。つまり図6に矢印で示したように、(c)→(b)→(a)と逆のプロセスをたどることになる。こうすることによって、親鎖を鋳型として行われるDNA複製の原理を学ぶことができる。   As shown in FIG. 6, the helical double-stranded DNA model teaching material previously shown in FIG. 1 is pulled away from the pedestal fixed through a magnet, and as shown in FIG. The two ropes 12a and 12b corresponding to the DNA backbone are unraveled from the left end, and as shown in (c) of the figure, it is a single-stranded backbone / structure corresponding to two single-stranded DNAs. It can be separated into two ropes 32 and 34. Corresponding to the fact that the two single-stranded DNAs have a base sequence, the two single-stranded ropes are provided with the sequences of base tubes 14a and 14b. Therefore, if this model teaching material is used, the principle of DNA replication can be demonstrated in a simulated manner. That is, the rope 32 which is a single-stranded backbone / structure corresponding to one single-stranded DNA obtained by separation is first used as a parent-strand rope corresponding to the parent strand. In the living body, the parent chain is used as a template and atoms are bonded onto it to replicate the daughter chain. Here, the rope 34 as a single-chain backbone / structure corresponding to the other single-chain backbone is used here. A single rope corresponding to the daughter chain is connected to the rope 32 of the parent chain corresponding to the parent chain in order from the end to form a double-stranded backbone / structure. That is, as shown by the arrow in FIG. 6, the reverse process of (c) → (b) → (a) is followed. By doing this, the principle of DNA replication performed using the parent chain as a template can be learned.

また、先に図2に示した平行二本鎖構造を有するDNA模型教材を用いれば、ラセンを解きほぐす必要がなく、図7の(a)に示したように、平行二本鎖構造が初めから得られている。この場合には、同図(b)に示したように、その左端から二本のロープ37、38のそれぞれに「塩基ペアー・構造体」が配列された二つの直線単鎖DNA・構造体に分離させ、やがて同図(c)に示すように、この分離を完了させて二つの直線単鎖DNA・構造体へと完全に分離させることができる。このプロセスを、 (c)→(b)→(a)と逆にたどることによって、「直線単鎖バックボーン・構造体」としてのロープ37に「塩基ペアー・構造体」14cが配列された単鎖DNAを鋳型即ち親鎖とし、この親鎖と相補的な塩基配列をもつ「直線単鎖バックボーン・構造体」としてのロープ38に「塩基ペアー・構造体」14dが配列された単鎖DNAを娘鎖として結合させることができ、先の場合と同様、このことからDNA複製の原理を学習することができる。   In addition, if the DNA model teaching material having the parallel double-stranded structure shown in FIG. 2 is used, it is not necessary to unravel the spiral. As shown in FIG. Has been obtained. In this case, as shown in FIG. 5B, two linear single-stranded DNAs / structures in which “base pairs / structures” are arranged on each of the two ropes 37, 38 from the left end are formed. After the separation, as shown in FIG. 5C, the separation can be completed and completely separated into two linear single-stranded DNA / structures. By following this process in the reverse order of (c) → (b) → (a), a single chain in which “base pair / structure” 14c is arranged on rope 37 as “linear single chain backbone / structure” A single-stranded DNA in which “base pair / structure” 14d is arranged on a rope 38 as a “linear single-stranded backbone / structure” having a base sequence complementary to this parent strand, using DNA as a template, ie, a parent strand As in the previous case, the principle of DNA replication can be learned from this.

さらに、ラセン二本鎖構造または平行二本鎖構造を持つ同一のDNA模型を二個用いて、DNAの半保存的複製を模擬的に実演できる。すなわち、図8(a)に示されたラセン二本鎖構造の二つのDNA模型の一つについて、この二本鎖構造を同図(b)に示されたように、二つの「単鎖DNA構造体」に分離し、彼らを共に娘鎖とする。もう一方の模型も、同図(b’)示されているように、二個の「単鎖DNA構造体」に分離し、彼らを共に娘鎖とする。次にそれぞれの親鎖に相補的な娘鎖を結合させ、同図(c)に示されているような二個の「二本鎖DNA・構造体」が得られる。二本平行構造を持つDNA模型教材を用いても、全く同様の実演ができる。   Furthermore, by using two identical DNA models having a helical double-stranded structure or a parallel double-stranded structure, semi-conservative replication of DNA can be simulated. That is, for one of the two DNA models of the helical double-stranded structure shown in FIG. 8 (a), this double-stranded structure is converted into two “single-stranded DNAs” as shown in FIG. 8 (b). Separated into “structures” and made them both daughter chains. The other model is also separated into two “single-stranded DNA structures” as shown in (b ′) of FIG. Next, daughter strands complementary to each parent strand are bound to obtain two “double-stranded DNA / structure” as shown in FIG. The same demonstration can be performed using a DNA model teaching material with two parallel structures.

DNAでは、その構造における5’→3’の方向、すなわち鋳型DNAの3’→5’の方向にしか結合が進まないために、DNA複製は、複製が行われる領域、すなわち複製バブルで生じた二本の直鎖DNA、すなわちリーディング鎖とラギング鎖では異なるプロセスによって進行することになり、特にラギング鎖では、岡崎フラグメントに分断され、逆方向に結合が進む小片をつなぎ合わせる形で不連続的な複製がなされる。本発明ではこのようなプロセスを、DNA模型教材を用いて模擬的に実演し、学習できる方法を提供する。それに必要な原理について、以下にその要点を述べる。   In DNA, binding only proceeds in the 5 ′ → 3 ′ direction of the structure, ie, in the 3 ′ → 5 ′ direction of the template DNA, so DNA replication occurred in the region where replication occurs, ie, in the replication bubble. The two linear DNAs, that is, the leading strand and the lagging strand, proceed by different processes. In particular, the lagging strand is discontinuous in such a way that the pieces that are split into Okazaki fragments and joined in opposite directions are joined together. Duplication is done. The present invention provides a method for simulating and learning such a process using a DNA model teaching material. The main points necessary for this are described below.

DNAの複製では、図9に示すように、二重ラセン構造のある一点、すなわち、複製起点40から始まって塩基ペアーが切断され、二重ラセンが解かれて、二本の直鎖DNAがふくらんで複製バブル42が作られる。複製バブル42の両端の構造を複製フォーク46と呼ぶ。この複製フォーク46が同図に矢印で示したように左右に進行して複製バブルが広がりつつ、二本の単鎖DNAを親鎖すなわち鋳型として複製が進行する。   In DNA replication, as shown in FIG. 9, a base pair is cleaved starting from one point of the double helical structure, that is, the replication origin 40, the double helix is released, and two linear DNAs are expanded. A duplicate bubble 42 is created. The structure at both ends of the duplication bubble 42 is called duplication fork 46. The replication fork 46 proceeds to the left and right as indicated by arrows in the figure, and the replication bubble spreads, while replication proceeds using two single-stranded DNAs as a parent chain, that is, a template.

ここで上側の単鎖DNAが左から右に向かって3’→5’の構造を有しているとし、複製バブル42の右半分の領域での複製を考えることにする。上側のリーディング鎖48では、鋳型であるこの単鎖の3’→5’方向が複製フォークの進む右向き方向と一致しているから、図10の上部に白抜きの矢印49で示したように、相補的な塩基配列の単鎖DNA 48’が形成され、複製がフォークの進行に追従して連続的に進行する。   Here, assuming that the upper single-stranded DNA has a structure of 3 ′ → 5 ′ from left to right, replication in the right half region of the replication bubble 42 will be considered. In the upper leading strand 48, the 3 ′ → 5 ′ direction of this single strand, which is a template, coincides with the rightward direction in which the replication fork advances, as shown by the white arrow 49 at the top of FIG. A single-stranded DNA 48 'having a complementary base sequence is formed, and the replication proceeds continuously following the progress of the fork.

他方、下側のラギング鎖50では、上側の単鎖とは逆に鋳型が右方向に5’→3’の構造をしているので、複製は複製フォークの進む右方向には起こり得ない。それゆえ、図10に矢印51で示したように、岡崎フラグメント52a、52b、…がひとつずつ、複製フォークの進む方向とは逆の左方向に、即ち鋳型DNAの3’→5’方向に結合して複製が行われる。岡崎フラグメントをつなぎ合わせた全体の動きをマクロに見ると、大きな矢印49’で示したように、右方向に複製が不連続的に進行している。   On the other hand, in the lower lagging strand 50, the template has a structure of 5 '→ 3' in the right direction as opposed to the upper single strand, so replication cannot occur in the right direction in which the replication fork advances. Therefore, as indicated by the arrow 51 in FIG. 10, Okazaki fragments 52a, 52b,... Are bound one by one in the left direction opposite to the direction in which the replication fork advances, that is, in the 3 ′ → 5 ′ direction of the template DNA. And duplication is done. When the entire movement of the Okazaki fragments connected is viewed macroscopically, the replication proceeds discontinuously in the right direction as indicated by a large arrow 49 '.

複製バブルの左側半分では、右半分とは逆に複製フォークが右から左に進むので、上側の単鎖がラギング鎖となり不連続的複製が行われ、下側の単鎖がリーディング鎖となり連続的複製が行われる。   In the left half of the replication bubble, the replication fork advances from right to left as opposed to the right half, so that the upper single strand becomes a lagging strand and discontinuous replication occurs, and the lower single strand becomes a leading strand and is continuous. Duplication is done.

このような複製バブルにおけるDNA複製の原理を、本発明の二重平行構造を有するDNA模型教材を用い、次のようにして模擬的に実演することができる。すなわち、二重平行構造を持つDNA模型教材に、二本の直鎖DNAの片方と相補的な直鎖DNAの模型と、他方に相補的な塩基配列を持つ直鎖DNAが複数に分断された岡崎フラグメントに対応する単鎖バックボーン・構造体を複数に分断した模型を単鎖バックボーン・構造体と同じ材料で作ったもの追加してDNA模型教材を構成した。このDNA模型教材においては、バックボーンに対応させてロープを用い、また塩基に対応させてプラスチックの筒を用い、塩基ペアーの結合には、ペアーの解除を容易にするために磁石と鉄片の組み合わせを用いた。   The principle of DNA replication in such a replication bubble can be simulated in the following manner using the DNA model teaching material having the double parallel structure of the present invention. That is, in the DNA model teaching material having a double parallel structure, a linear DNA model complementary to one of two linear DNAs and a linear DNA having a complementary base sequence on the other are divided into a plurality of pieces. A DNA model teaching material was constructed by adding a model in which the single-stranded backbone / structure corresponding to the Okazaki fragment was divided into multiple pieces made of the same material as the single-stranded backbone / structure. In this DNA model teaching material, a rope is used corresponding to the backbone, a plastic cylinder is used corresponding to the base, and a combination of a magnet and an iron piece is used for binding the base pair to facilitate the release of the pair. Using.

DNAの複製では、図10に示す二重構造の左端を複製基点とみなし、そこから塩基ペアー結合を解除して二重平行構造を膨らませ、複製バブルの右側半分を作る。その上側の「リーディング鎖・構造体」48では、単鎖DNA 48’を、複製起点から右方向に連続的に結合させる。下側の「ラギング鎖・構造体」50では、第一番目の「岡崎フラグメント・構造体」52aを、複製起点で結合が終了するようにラギング鎖の途中の箇所から右から左の方向に結合させる。その後、第二番目の「岡崎フラグメント・構造体」52bを、第一の岡崎フラグメントの終端で結合が終了するように結合させる。同様の手順ですべての「岡崎フラグメント・構造体」をひとつずつ結合させるとともに複製フォークを右側の端にまで広げて不連続的複製を完結する。   In DNA replication, the left end of the double structure shown in FIG. 10 is regarded as a replication base point, from which the base-pair bond is released to expand the double parallel structure, and the right half of the replication bubble is created. In the upper “leading strand / structure” 48, single-stranded DNA 48 ′ is continuously bound in the right direction from the origin of replication. In the lower “lagging chain / structure” 50, connect the first “Okazaki fragment / structure” 52a from the middle of the lagging chain in the direction from right to left so that the connection ends at the origin of replication. Let After that, the second “Okazaki fragment / structure” 52b is coupled so that the coupling ends at the end of the first Okazaki fragment. In the same way, all the “Okazaki fragments / structures” are joined one by one and the replication fork is extended to the right end to complete discontinuous replication.

本発明のDNA模型教材に、図11に示した複製フォークを模擬した複製フォークシミュレーターを設これと相補的な塩基筒配列を持つ単鎖バックボーン・構造体と共にリーディング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置70を設けて用いることによって、上記の連続的複製と不連続的複製のプロセスを次のように模擬的に実演することができる。   A replication fork simulator simulating the replication fork shown in FIG. 11 is provided in the DNA model teaching material of the present invention, and a double strand synthesis using a leading strand as a template together with a single strand backbone / structure having a base sequence complementary thereto. By providing and using the apparatus 70, the above-described continuous replication and discontinuous replication processes can be simulated in the following manner.

複製フォークシミュレーターは、DNAの複製におけるフォークの働きシミュレートするもので、図11に示されているように、二重鎖分離装置60、リーディング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置70、およびラギング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置80を備えている。まず、図11の(a)に示されているように、複製プロセスでは、DNAにおける塩基ペアーの結合が解消されて二本の単鎖DNAが生成されることに対応させて、二本のバックボーン・構造体を結合している「塩基ペアー・構造体」の塩基筒ペアーの磁石による磁気的な結合が、二重鎖分離装置のブロックの先端部60aによって解消され、リーディング鎖とラギング鎖に相当する二本の単鎖バックボーン・構造体のロープに分けられる。次にリーディング鎖に相当する側の単鎖バックボーン・構造体のロープは、これと相補的な「塩基ペアー・構造体」配列を持つ単鎖バックボーン・構造体のロープと共にリーディング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置70を通る。このリーディング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置70は、入口が離れていて出口が接近している二つのチャンネルを持っているので、二つの「単鎖バックボーン・構造体」は塩基筒ペアーが形成されて「二本鎖バックボーン・構造体」となる。また、ラギング鎖側では、ラギング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置80によって、ラギング鎖に相当するもう一本の「単鎖バックボーン・構造体」のロープ50Aは、岡崎フラグメントに対応する「岡崎フラグメント・構造体」のロープの列52A、52B、…と共にこのラギング鎖を鋳型とする二重鎖合成装置80を通ることによって、先に述べた合成装置と同様にして、順次不連続な結合がなされて、「二本鎖バックボーン・構造体」か形成される。   The replication fork simulator simulates the function of a fork in DNA replication. As shown in FIG. 11, a double strand separator 60, a double strand synthesizer 70 using a leading strand as a template, and lagging. A double chain synthesizer 80 using a chain as a template is provided. First, as shown in FIG. 11 (a), in the replication process, two backbones are formed corresponding to the fact that base pair binding in DNA is eliminated and two single-stranded DNAs are generated.・ The magnetic coupling by the base pair pair magnet of the “base pair / structure” that binds the structure is eliminated by the tip 60a of the block of the double-strand separation device, which corresponds to the leading strand and the lagging strand It is divided into two single-chain backbone / structure ropes. Next, the single-stranded backbone / structure rope on the side corresponding to the leading strand is composed of a single-stranded backbone / structure rope having a complementary “base pair / structure” sequence and the leading strand as a template. Pass through heavy chain synthesizer 70. This double-stranded synthesizer 70 using the leading strand as a template has two channels with the entrance separated and the exit approached. It is formed into a “double-stranded backbone / structure”. On the lagging strand side, another “single-chain backbone / structure” rope 50A corresponding to the lagging strand is connected to the Okazaki fragment by the double strand synthesizer 80 using the lagging strand as a template. By passing through the double strand synthesizer 80 using the lagging strand as a template together with the ropes 52A, 52B,... Of the “fragment / structure”, discontinuous bonds are sequentially formed in the same manner as the synthesizer described above. As a result, a “double-stranded backbone / structure” is formed.

なお、実際の生体中では、多種のたんぱく質からなる多数の複製装置が存在するが、ここではそれらを上記の三つの装置に集約することによって、連続的複製と不連続的複製とが同時に進行するメカニズムを容易に理解できるようにしている。さらに、実際にはこれらの三つの装置による機能が複製フォークという一点で行われているが、ここでは三つの装置を離れた場所に設置することにより、その機能が見やすくなり、その理解を助けている。   In an actual living body, there are a large number of replication apparatuses composed of various proteins. Here, continuous replication and discontinuous replication proceed simultaneously by consolidating them into the above three apparatuses. The mechanism is easily understood. In addition, the functions of these three devices are actually performed at a single point called the replication fork, but here, by installing the three devices at a remote location, the functions become easier to see and help to understand them. Yes.

複製フォークシミュレーターを備えたDNA模型教材を用いたDNA複製を模擬した実演は次のようにして行われる。まず、先に図3の(b)にて示した磁石26と鉄片28を用いて容易に分離と結合が行えるようにした「塩基ペアー・構造体」の塩基筒ペアー25を配置した平行二本鎖構造のDNA模型教材を、 図11のaに示したように二重鎖分離装置60を通すことによって、二本の単鎖DNAに対応する「単鎖DNA・構造体」としてのロープ48Aと50Aに分離させる。こうして得られた上側のリーディング鎖に対応する「単鎖DNA・構造体」としてのロープ48Aと、これと相補的な塩基筒配列を持つ「単鎖DNA・構造体」としてのロープ48’Aを、リーディング鎖における二重鎖合成装置70に挿入し、両者を一緒に左側に引っ張ることによって連続的にDNA複製に対応する二本鎖バックボーン・構造体を得る。   A demonstration of DNA replication using a DNA model teaching material equipped with a replication fork simulator is performed as follows. First of all, two parallel base tubes having a base tube pair 25 of “base pair / structure” which can be easily separated and combined using the magnet 26 and the iron piece 28 shown in FIG. A rope 48A as a “single-stranded DNA / structure” corresponding to two single-stranded DNAs by passing a strand-structured DNA model teaching material through a double-strand separation device 60 as shown in FIG. Separate to 50A. The rope 48A as a “single-stranded DNA / structure” corresponding to the upper leading strand thus obtained, and the rope 48′A as a “single-stranded DNA / structure” having a complementary base tube sequence Then, the double strand synthesizer 70 in the leading strand is inserted into the double strand synthesizer 70 and pulled together to the left to obtain a double stranded backbone / structure corresponding to DNA replication continuously.

次に、下側のラギング鎖に対応する「単鎖DNA・構造体」50Aを、二重鎖分離器60を出た後で折り返し、この「単鎖DNA・構造体」50Aを、ラギング鎖における二重鎖合成装置80に、第一番目の岡崎フラグメントに対応する「岡崎フラグメント・構造体」の短片52Aと共に挿入し、両者を一緒に左側に引っ張ることによって結合させる。第1岡崎フラグメントに対応する「岡崎フラグメント・構造体」の短片52Aの結合が終了し、図11bに示した状態を得たら、ラギング鎖に対応する「単鎖DNA・構造体」50Aをチャンネルから取り出し、ラギング鎖に対応するロープ50Aを右に引いてたわみを取り去り、図11cに示した状態にする。そしてラギング鎖における二重鎖合成装置80に第2岡崎フラグメントに対応する「る単鎖DNA・構造体」の短片52Bを挿入し、これをラギング鎖に対応する「単鎖DNA・構造体」50Aと一緒に左側に引っ張って両者を結合させる。その後同じプロセスを繰り返してすべての岡崎フラグメントに対応する「岡崎フラグメント・構造体」としての「単鎖DNA・構造体」の短片52A、52B、…を一つずつラギング鎖に対応する「単鎖DNA・構造体」50Aに結合させて不連続複製を完結する。   Next, the “single-stranded DNA / structure” 50A corresponding to the lower lagging strand is folded after exiting the double-strand separator 60, and this “single-stranded DNA / structure” 50A is added to the lagging strand. The double strand synthesizer 80 is inserted together with a short piece 52A of “Okazaki Fragment / Structure” corresponding to the first Okazaki fragment, and joined together by pulling them together to the left. When the binding of the short piece 52A of the “Okazaki fragment / structure” corresponding to the first Okazaki fragment is completed and the state shown in FIG. 11b is obtained, the “single-stranded DNA / structure” 50A corresponding to the lagging strand is removed from the channel. Take out and pull the rope 50A corresponding to the lagging chain to the right to remove the deflection, resulting in the state shown in FIG. 11c. Then, a short piece 52B of “ru single-stranded DNA / structure” corresponding to the second Okazaki fragment is inserted into the double-stranded synthesizer 80 in the lagging strand, and this “single-stranded DNA / structure” 50A corresponding to the lagging strand is inserted. Pull them to the left together to join them together. After that, the same process is repeated, and the “single-stranded DNA / structure” short pieces 52A, 52B,... As “Okazaki fragments / structures” corresponding to all Okazaki fragments one by one corresponding to the lagging strands. • Combine with structure 50A to complete discontinuous replication.

さらに本発明では、生体の遺伝暗号解読表、すなわちコドン(三塩基配列)でひとつのアミノ酸を指定する暗号表を模した暗号表を任意に作成した。これを用いて、任意のメッセージをDNA模型教材の塩基ペアー配列で暗号化して書き込むことを可能にした。   Furthermore, in the present invention, a genetic code decoding table of a living body, that is, a code table imitating a code table that designates one amino acid by a codon (three base sequences) is arbitrarily created. Using this, it was possible to write an arbitrary message encrypted with the base pair sequence of the DNA model teaching material.

コドンは4×4×4=64、従って64種類存在するので、コドンによって64種の文字および表音記号等を暗号化できる。一例として和文の50音と14の表音記号等を暗号化した暗号解読表を任意に作り、表1に示した。同様の暗号解読表は欧文のアルファベットおよびその表音記号等についても作成可能であり、英文アルファベットではわずか23文字であるから、表音記号等も含めて64種のコドンのすべてを用いないで作成できる。それゆえ、英文を用いる場合は、生体の遺伝暗号解読表と同様に、ひとつの文字または表音記号等に複数のコドンを対応させるか、または一部のコドンだけを用いればよい。   There are 4 × 4 × 4 = 64 codons, and therefore 64 types exist, so 64 types of characters, phonetic symbols, and the like can be encrypted by the codons. As an example, a cryptanalysis table in which 50 Japanese syllables and 14 phonetic symbols are encrypted is arbitrarily prepared and shown in Table 1. A similar cryptanalysis table can be created for the English alphabet and its phonetic symbols. The English alphabet has only 23 characters, so it can be created without using all 64 codons including the phonetic symbols. it can. Therefore, in the case of using English text, a plurality of codons may be associated with one character or a phonetic symbol, or only a part of the codons may be used, as in the case of a biological genetic code decoding table.

教育集会などで全参加者が、一人ひとりまたはグループに分かれて同じ構造のDNA模型教材を複数作り、それらに長文のメッセージを分割して暗号化して書き込み、それらを連結して一つのDNA模型教材とすることができれば、参加者の連帯感が強められ高い教育効果が得られる。本発明では、DNA模型教材―これを今後「要素模型教材」と呼ぶことにする―を連結してひとつのDNA模型教材としそれに長文のメッセージを暗号化して書き込む方法を提供した。   At an educational meeting, etc., all participants are divided into individual or group to create multiple DNA model teaching materials with the same structure, and then divide and write long messages on them and connect them together to form one DNA model teaching material. If this is possible, the participants will have a stronger sense of solidarity and a higher educational effect. In the present invention, there is provided a method of connecting a DNA model teaching material—which will be referred to as an “element model teaching material” in the future—to make a single DNA model teaching material and encrypting and writing a long message.

DNAは1ピッチあたり10個の塩基ペアーを有し、コドンは3塩基で構成されるから、同じ構造、従って同じ塩基ペアー数をもつ要素模型教材に分割して暗号文をして記入し、これらを連結して一つのDNA模型教材とするためには、要素模型教材の塩基ペアーの数は30(=10×3)の整数倍でなければならない。ところが60、90のみならず30の塩基ペアーを有するDNA模型教材でも、これを組み立てるのに長時間を要し、教育集会などで用いるのに好ましくない。そこで、本発明では、比較的短時間で組み立てられ、また概観上もDNA模型教材として見栄えのよい20塩基ペアー、すなわち2ラセンピッチを有する複数の要素模型にメッセージを分割して暗号化する方法を考案した。その具体的方法は実施例に即して後述する。   Since DNA has 10 base pairs per pitch and the codon consists of 3 bases, it is divided into element model teaching materials with the same structure and therefore the same number of base pairs, and they are written as cipher text. The number of base pairs in the element model teaching material must be an integer multiple of 30 (= 10 × 3). However, even DNA model teaching materials having 30 base pairs as well as 60 and 90 require a long time to assemble, and are not preferable for use in educational gatherings. Therefore, in the present invention, a method of dividing and encrypting a message into a plurality of element models having 20 base pairs, that is, a DNA model teaching material that can be assembled in a relatively short time and that looks good as a DNA model teaching material, is devised. did. The specific method will be described later with reference to an embodiment.

(DNA複製の基本原理を模擬的に実演できる二重ラセン構造を有するDNA模型教材の作製)
二重ラセン構造を持つDNA模型教材を、淡赤色透明および淡緑色透明の蛍光色を持つ軟質ポリウレタン製で直径4mmφの円断面を持つロープで「バックボーン・構造体」を作り、これにすでに図2aに示した“竹の子構造”付きジョイントを有する塩基ペアーに対応する「塩基ペアー・構造体」を配置して作製した。そのために、まず、前記した二本の軟質ポリウレタンロープを、テンプレートを貼り付けた円筒冶具に巻きつけて、一般家庭用のマイコン制御オーブントースターを用い、105℃目盛りに設定して3分間加熱して、二重ラセンバックボーン構造を定着した。A、T、GおよびCの塩基にそれぞれ対応させた赤、黄、緑および青色を有するポリスチレン製の円筒(外径6 mm、内系3.5 mm、長さ26mm)で塩基ペアー(長さを52mm)を構成し、先に[0032]欄に記述したように、各塩基ペアーの末端に固定した先開型圧着端子の先端で二重ラセンバックボーンの軟質ポリウレタンロープを挟み込むことによって塩基ペアーを「バックボーン・構造体」に固定した。
(Preparation of DNA model teaching materials with double helical structure that can demonstrate the basic principle of DNA replication)
A DNA model teaching material with a double helical structure was made from a soft polyurethane with a light red transparent and light green transparent fluorescent color, and a “backbone / structure” made of a rope with a circular cross section of 4 mm in diameter. The “base pair / structure” corresponding to the base pair having the joint with the “bamboo structure” shown in FIG. For this purpose, first, wrap the two flexible polyurethane ropes described above around a cylindrical jig with a template attached, and use a general-purpose microcomputer-controlled oven toaster to set the scale at 105 ° C and heat for 3 minutes. Established a double helical backbone structure. Base pairs (length: 52 mm) with polystyrene cylinders (outer diameter 6 mm, inner system 3.5 mm, length 26 mm) with red, yellow, green and blue colors respectively corresponding to the bases of A, T, G and C ), And as described in the column [0032], the base pair is formed by sandwiching a flexible polyurethane rope with a double helical backbone at the tip of a pre-open crimp terminal fixed to the end of each base pair.・ Fixed to “structure”.

実際のDNA分子では、1ラセンピッチあたり10の塩基ペアーが、二重ラセン軸と直交すると共にラセン軸に向かう方向から18度傾いた方向に配置され、ラセン軸方向に主溝と副溝が作られている。しかし、本発明はDNAの構造を学ぶことではなく複製の原理とプロセスを学習することを主たる目的にしているので、構造を簡略化して、塩基筒ペアーが二重ラセンのロープの中心軸を通り、それゆえ主溝と副溝の区別がない構造とした。これによって学習者による組み立てが容易になるとともに、模型教材セットの加工が単純化されて製作費が低減できた。   In an actual DNA molecule, 10 base pairs per helical pitch are arranged in a direction perpendicular to the double helical axis and inclined by 18 degrees from the direction toward the helical axis, and a main groove and a minor groove are formed in the helical axis direction. ing. However, the main purpose of the present invention is not to learn the structure of DNA but to learn the principle and process of replication, so that the structure is simplified and the pair of base tubes passes through the central axis of the double helical rope. Therefore, the structure has no distinction between the main groove and the sub-groove. This facilitates assembly by the learner and simplifies the processing of the model teaching material set, thereby reducing production costs.

本実施例では二重ラセン構造の直径(バックボーンに内接する円筒冶具の直径)を53mmとし、1ラセンピッチ長を100 mm、すなわち隣り合う塩基ペアー間のピッチを10 mmとした。   In this example, the diameter of the double helical structure (the diameter of the cylindrical jig inscribed in the backbone) was 53 mm, the length of one helical pitch was 100 mm, that is, the pitch between adjacent base pairs was 10 mm.

7文字のメッセージを暗号化するために塩基ペアーの数を7×3=21とし、図1に示したように二重ラセンバックボーンの四箇所の“谷底”に鉄片(10×10×1 mm3)を、ニッケルリング(内径4mm)を介して接着し、これをアクリル製の台座(245 ×30 ×3 mm3)に接着されたネオジム磁石(10×10×1 mm3)を用いて着脱可能な状態で固定した In order to encrypt a 7-character message, the number of base pairs is set to 7 × 3 = 21. As shown in FIG. 1, iron pieces (10 × 10 × 1 mm 3) are formed on four “valley bottoms” of the double helical backbone. ) Can be attached and removed using a neodymium magnet (10 x 10 x 1 mm 3 ) bonded to an acrylic base (245 x 30 x 3 mm 3 ) via a nickel ring (inner diameter 4 mm) Fixed in a stable state

本実施例では7文字のメッセージ「いのちのなそ ゛」を表1の暗号解読表を用いて表2に示したように暗号化して、淡赤色の軟質ポリウレタンロープ側の塩基配列によって書き込んだ。ただし、組み立てキットには表2を添付するとともにとともに、組み立て者が任意に考えたメッセーを暗号化するために表2の第1行および第2行を空欄とした表を作業表として添付した。

Figure 2013200424
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In the present example, the 7-character message “Life of Life” was encrypted as shown in Table 2 using the decryption table of Table 1, and written with the base sequence on the light red soft polyurethane rope side. However, Table 2 was attached to the assembly kit, and a table with blanks in the first and second lines of Table 2 was attached as a work table in order to encrypt a message arbitrarily considered by the assembler.
Figure 2013200424
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本実施例で作製されたDNA模型教材では、すでに図6に示したように二重ラセン構造を台座から引き離して二本の単鎖DNAに分離して、親鎖を鋳型として行われるDNA複製の原理を模擬的に実演することができる。   In the DNA model teaching material prepared in this example, as shown in FIG. 6, the double helical structure is separated from the pedestal and separated into two single-stranded DNAs, and DNA replication is performed using the parent chain as a template. The principle can be demonstrated in a simulated manner.

(DNA複製の基本原理を模擬的に実演できる二重平行構造を有するDNA模型教材の作製)
実施例1に記述した二重ラセン構造を持つDNA模型で二重ラセン構造を二重平行構造で置き換えたことだけ異なり、そのほかはすべて同じである二重平行構造のDNA模型を作製した。一般に入手可能な軟質ポリウレタンロープはコイル状に束ねられ湾曲しているので、本実施例では、実施例1に記載したのと同じ二色の軟質ポリウレタンロープを実施例1に記載したのと同じ条件で直線状に加熱成型して用いた。実施例1と同じく21個の塩基配列で表2に記されているようにメッセージを暗号化して模型に記入した。
(Production of a DNA model teaching material having a double parallel structure capable of demonstrating the basic principle of DNA replication)
A DNA model having a double parallel structure, which is the same as that of Example 1 except that the double helical structure was replaced with a double parallel structure in the DNA model having the double helical structure, was the same. Since generally available soft polyurethane ropes are coiled and curved, the same conditions as described in Example 1 are applied to the same two-colored flexible polyurethane ropes as described in Example 1. And used by heat molding in a straight line. As in Example 1, the message was encrypted and entered in the model with 21 base sequences as described in Table 2.

本実施例で作製されたDNA模型は、二重平行DNAを二本の単鎖DNAに分離できるので、図7に示し先に記述したように親鎖を鋳型として行われるDNA複製の原理を示すことができる。   Since the DNA model prepared in this example can separate double parallel DNA into two single-stranded DNAs, the principle of DNA replication performed using a parent strand as a template as shown in FIG. 7 and described above is shown. be able to.

(ラギング鎖における不連続複製を含めたDNA複製の原理を模擬的に実演可能にした二重平行構造を持ったDNA模型教材の作製)
実施例2に記載した二重平行構造を有するDNA模型教材に、その二重平行構造の片方の直鎖DNAに相補的な直鎖DNA、および他方に相補的な岡崎フラグメントを追加して一組のDNA模型教材を構成した。岡崎フラグメントは、21個の塩基ペアーからなる直鎖DNAを3分割して7塩基を有するものとした。

Figure 2013200424
Figure 2013200424
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(Preparation of a DNA model teaching material with a double parallel structure that can simulate the principle of DNA replication including discontinuous replication in the lagging strand)
A set of DNA model teaching materials having a double parallel structure described in Example 2 with a linear DNA complementary to one linear DNA of the double parallel structure and an Okazaki fragment complementary to the other. A DNA model teaching material was constructed. The Okazaki fragment was obtained by dividing a linear DNA consisting of 21 base pairs into 3 parts and having 7 bases.
Figure 2013200424
Figure 2013200424
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この模型教材セットを用いて、図10に示し、すでに[0041]欄で説明したように、複製バブルの右側半分を作ってリーディング鎖における連続的複製とラギング鎖における岡崎フラグメントによる不連続的複製の原理を模擬的に実演して学習することができる。   Using this model teaching material set, as shown in FIG. 10 and already explained in the section [0041], the right half of the duplication bubble is created to produce continuous replication in the leading strand and discontinuous replication by Okazaki fragments in the lagging strand. You can learn by demonstrating the principle.

(複製フォークシミュレーターと組み合わせて、ラギング鎖における不連続複製を含めたDNA複製のプロセスをも模擬的に実演可能にしたDNA模型)
赤色および緑色の軟質塩化ビニル製のチューブ(外径4 mm、内径2 mm、長さ420 mm)で二重平行バックボーンを作り、これに、図3bに示したようにネオジム磁石(4 mmφ×2 mm)と鉄片(4 mmφ×1mm)で結合させるタイプの塩基ペアーをピッチ間隔10 mmで21個配置して、二重平行構造を有するDNA模型を作製した。実施例3と同様に、このDNA模型の片方の直鎖DNAに相補的な直鎖DNA、および他方に相補的な岡崎フラグメントを追加し、さらに図11に示し、先に[0046]欄に記述した複製フォークシミュレーターをも組み合わせたセットを作製した。
(In combination with a replication fork simulator, a DNA model that can simulate the DNA replication process including discontinuous replication in the lagging strand)
Red and green soft vinyl chloride tubes (outer diameter 4 mm, inner diameter 2 mm, length 420 mm) are used to form a double parallel backbone, as shown in Fig. 3b. Neodymium magnets (4 mmφ × 2 mm) and iron pieces (4 mmφ × 1 mm) and 21 base pairs of the type that are bonded with a pitch interval of 10 mm were arranged to prepare a DNA model having a double parallel structure. As in Example 3, a linear DNA complementary to one linear DNA of this DNA model and an Okazaki fragment complementary to the other were added, and further shown in FIG. 11 and previously described in the [0046] column. A set was also made with the duplicate fork simulator.

本実施例では実施例1ないし3と異なり、軟質ポリウレタン製のロープではなく塩化ビニル製のチューブを用いたのは、後者の方が前者より可撓性が高いので複製フォークシミュレーターで行う折り曲げおよび折り返しの操作を容易にするためである。また塩基ペアーの長さも、実施例1ないし3における値(53 mm)よりも短めの20 mmとすることによって複製フォークシミュレーターを用いた操作を容易にした。   In this embodiment, unlike Embodiments 1 to 3, the use of a vinyl chloride tube instead of a soft polyurethane rope is more flexible than the former, so that the folding and folding performed by a replication fork simulator is performed. This is to facilitate the operation. Further, the length of the base pair was set to 20 mm, which was shorter than the value (53 mm) in Examples 1 to 3, thereby facilitating the operation using the replication fork simulator.

複製フォークシミュレーターを、図11aに示したように、平らなプラスチック基板の上にいずれもプラスチック製である“山型”のブロックからなる二重鎖分離装置および直線状のチャンネルと湾曲したチャンネルからなる二つの二重鎖合成装置70、80を固定して作製した。二重鎖合成装置の各チャンネルの内側の横幅は15 mm、高さは10 mm、長さは20 mmとし、ちょうつがいを有して開閉可能な上蓋を取りつけた。   Duplicate fork simulator, as shown in Fig. 11a, consists of a double-strand separation device consisting of "mountain" blocks, both made of plastic, on a flat plastic substrate and straight and curved channels Two double chain synthesizers 70 and 80 were fixed and produced. The inner width of each channel of the duplex synthesizer was 15 mm, the height was 10 mm, the length was 20 mm, and an upper lid that could be opened and closed with a hinge was attached.

本実施例で作製したDNA模型教材を用いて、すでに図11に示し[0046]欄で説明した方法によって、複製バブルにおけるリーディング鎖における連続的複製およびラギング鎖における岡崎フラグメントによる不連続的複製のプロセスを実演によって体験的に学習することができる。   Using the DNA model teaching material prepared in this example, the process of continuous replication in the leading strand in the replication bubble and discontinuous replication by the Okazaki fragment in the lagging strand by the method already shown in FIG. 11 and described in the column [0046] Can be learned experientially through demonstrations.

さらに、このプロセスの最後、すなわち二本鎖の末端に相補的な一本鎖を結合させるときに、DNAの末端にはいわゆるテロメアが形成されることを、次のように説明することによって体験的に学習することができる。すなわち、鋳型DNA上での複製は、鋳型であるDNA単鎖の上にまずプライマーRNAが結合し、DNAポリメラーゼがプライマーRNAからDNAを伸張しつつプライマーRNAを分解することによって行なわれる。ところが、DNAの末端では、DNAポリメラーゼが末端のプライマーRNAを分解できないために複製できない部分が生じる。これによって引き起こされる問題を回避するために染色体のDNAの末端にはテロメアが形成されている。   Furthermore, at the end of this process, that is, when a complementary single strand is bound to the end of the double strand, a so-called telomere is formed at the end of the DNA by exploring the following: Can learn to. That is, replication on the template DNA is performed by first binding the primer RNA onto the DNA single strand that is the template, and then decomposing the primer RNA while the DNA polymerase extends the DNA from the primer RNA. However, at the end of DNA, there is a portion that cannot be replicated because DNA polymerase cannot degrade the primer RNA at the end. To avoid problems caused by this, telomeres are formed at the ends of the chromosomal DNA.

(長文のメッセージを分割して複数の模型に暗号化して書き込んだ二重ラセン構造を有するDNA模型の作製)
本実施例では、すでに記載したように、組み立てに要する時間と外観の観点から2ラセンピッチすなわち20塩基ペアーを有する要素模型を連結したDNA模型にメッセージを暗号化して書き込んだ。
(Manufacture of DNA model with double helical structure in which long messages are divided and encrypted into multiple models)
In this example, as described above, from the viewpoint of assembly time and appearance, a message is encrypted and written in a DNA model in which element models having two helical pitches, that is, 20 base pairs are connected.

実施例1に記述した二重ラセン構造を持つDNA模型において、塩基ペアーの数を21から1ピッチあたりの塩基ペアー数である20に変更した要素模型を8個作製し、次のように連結してひとつのDNA模型を構成した。すなわち、要素模型の台座と同じ幅(30 mm)を持った木片にすべての要素模型の台座を粘着テープで固定し、隣り合う要素模型のバックボーンの端どうしを透明なシリコンチューブをかぶせて連結した。この方法で作製された“連結型”DNA模型は、教育集会などにおいて参加者全員で完成した後、要素模型に分離して参加者が持ち帰ることができるという利点を有する。   In the DNA model having the double helical structure described in Example 1, eight element models were prepared by changing the number of base pairs from 21 to 20 which is the number of base pairs per pitch, and connected as follows. A single DNA model was constructed. In other words, all element model pedestals are fixed to a piece of wood having the same width (30 mm) as the element model pedestal with adhesive tape, and the ends of the backbones of adjacent element models are covered by transparent silicon tubes. . The “linked” DNA model produced by this method has the advantage that it can be separated into element models and brought back to the participant after completion by all participants at an educational meeting or the like.

暗号化すべきメッセージとして、児童憲章の第5条、すなわち「すへ゛てのし゛と゛うは、しんしんともにすこやかにうまれ、そた゛てられ、そのせいかつをほしょうされる。」を採用し、これを8個の要素模型に分割して暗号化した。このメッセージは50文字(表音記号等等を含む)からなるので、150(=50×3)個の塩基ペアーの配列で暗号化して、8個の要素模型に分割して書き込んだ。ただし、1個の要素模型は20個の塩基ペアーを持つので、18塩基ペアーで6文字を暗号化し、「残りの2塩基ペアー」を、表3、表4および表5に示したように、各要素模型の前後に連結された要素模型の「残りの2塩基ペアー」と組み合わせてコドンとした。すなわち、第1要素模型の最後の2塩基ペアーと第2要素模型の最初の1塩基ペアーでコドンを構成するとともに、第2要素模型の最後の1塩基ペアーと第3要素模型の最初の2塩基ペアーでコドンを形成した。第4以降の要素模型についても同様の方法で3要素模型ごとに20文字を60塩基ペアーで暗号化して記入した。   As a message to be encrypted, we adopted Article 5 of the Children's Charter, that is, “Shin no Shi” is swiftly sympathized and struck, and he will be struck by its morals. It was divided into models and encrypted. Since this message is composed of 50 characters (including phonetic symbols, etc.), it was encrypted with an array of 150 (= 50 × 3) base pairs and divided into 8 element models. However, since one element model has 20 base pairs, 6 characters are encrypted with 18 base pairs, and “remaining 2 base pairs” are shown in Table 3, Table 4, and Table 5, respectively. Coordinated with the “remaining two base pairs” of the element model connected before and after each element model. That is, the last two base pairs of the first element model and the first one base pair of the second element model constitute a codon, and the last one base pair of the second element model and the first two bases of the third element model Codons were formed in pairs. For the fourth and subsequent element models, the same method was used to encrypt and fill in 20 characters for each three element model with 60 base pairs.

連結して得られたDNA模型は全体で160個の塩基ペアーを持つので、最後に連結された要素模型には160−150=10個だけ塩基ペアーが余るので、これはすべて空白(スペース)を表すコドンとした。   Since the DNA model obtained by ligation has a total of 160 base pairs, there will be 160-150 = 10 base pairs left in the last connected element model, so this is all blank (space). The codon to represent.

本発明によれば、学習者が単にDNA模型を組み立てるだけではなく、自ら考えたメッセージを塩基配列で暗号化して書き込むことができるので、強い興味と高い学習意欲を与えることができる。   According to the present invention, since a learner can not only assemble a DNA model but also encrypt and write a message that he / she thought with a base sequence, it can give a strong interest and a high willingness to learn.

さらに、長文のメッセージを分割して暗号化した要素模型を連結してひとつのDNA模型を作製できるので、教育集会などにおいて参加者の連帯意識を高めることができる。   Furthermore, it is possible to create a single DNA model by connecting encrypted element models by dividing long messages, so that participants' awareness of solidarity can be increased at educational meetings and the like.

本発明のDNA模型は組み立てが容易であり、また、用いる素材が安価で加工が容易であり、したがって低価格で生産が可能である。   The DNA model of the present invention is easy to assemble, and the materials used are inexpensive and easy to process, and therefore can be produced at a low price.

12a,12b,12c,12d……「ラセン・構造体」としてのロープ、14……「塩基ベアー・構造体」としての塩基筒ペアー、14a,14b……「塩基・構造体」としての塩基筒、16……鉄片、18……台座、20……磁石、22……竹の子構造、24……ジョイント、25……「塩基ペアー・構造体」としての塩基筒ペアー、25a,25b,25c,25d,25A,25T,25G,25C……「塩基・構造体」としての塩基筒、26……磁石、28……鉄片、29a,29b……直角な接触面、29c,29d……直角でない角度をもつ接触面、29e,29f,29g,29h……鍵と鍵穴の関係の接触面、30……先開型圧着端子、32,34……単鎖バックボーン・構造体であるロープ、37……「直線単鎖バックボーン・構造体」としてのロープ(親鎖)、38……「直線単鎖バックボーン・構造体」としてのロープ(娘鎖)、40……複製起点、42……複製バブル、46……複製フォーク、48……リーディング鎖、48A……リーディング鎖に対応した単鎖バックボーン・構造体としてのロープ、48’……単鎖DNA、49……結合方向を表す矢印、50……ラギング鎖、50A……ラギング鎖に対応するロープ、51……岡崎フラグメント内の結合方向を表す矢印、52a,52b……岡崎フラグメント、52A……「岡崎フラグメント・構造体」としてのロープ、60……二重鎖分離装置、60a……ブロックの先端、70……リーディング鎖における二重鎖合成装置、80……ラギング鎖における二重鎖合成装置。 12a, 12b, 12c, 12d ...... Rope as "helene / structure", 14 ... Base tube pair as "base bear / structure", 14a, 14b ... Base tube as "base / structure" , 16 ... Iron piece, 18 ... Pedestal, 20 ... Magnet, 22 ... Bamboo child structure, 24 ... Joint, 25 ... Base-cylinder pair as "base pair / structure", 25a, 25b, 25c, 25d , 25A, 25T, 25G, 25C: Base tube as "base / structure", 26 ... magnet, 28 ... iron piece, 29a, 29b ... right angle contact surface, 29c, 29d ... non-right angle Contact surface, 29e, 29f, 29g, 29h .. Contact surface in the relationship between the key and the keyhole, 30 ... Pre-opening type crimp terminal, 32, 34 ... Rope that is a single chain backbone / structure, 37 ... Straight single chain back Rope (parent chain) as an "on-structure", 38 ... Rope (daughter chain) as a "straight single-chain backbone / structure", 40 ... Replication origin, 42 ... Replication bubble, 46 ... Replication Fork, 48 ... leading strand, 48A ... single-stranded backbone / structural rope corresponding to the leading strand, 48 '... single-stranded DNA, 49 ... arrow indicating binding direction, 50 ... lagging strand, 50A ...... Rope corresponding to the lagging chain, 51. Arrow indicating the binding direction in the Okazaki fragment, 52a, 52b .... Okazaki fragment, 52A..Rope as "Okazaki fragment / structure", 60 ... Double chain Separator, 60a... Block tip, 70... Double strand synthesizer in leading strand, 80... Double strand synthesizer in lagging strand.

Claims (11)

DNAを構成している糖と燐酸で構成されたラセン状の二本の鎖で構成されたラセン状バックボーンに対応し、ロープまたは可撓性チューブで構成した「ラセン二本鎖バックボーン・構造体」と、
このDNAにおけるラセン状の二本の鎖からなるラセン状バックボーンが、二本のラセン状の単鎖バックボーンで構成され、この二本のラセン状の単鎖バックボーンが塩基ペアーの配列によって結合されていることに対応し、容易に分離し得る結合でペアーを形成し二本のロープまたは可撓性チューブで構成された二本の「ラセン単鎖バックボーン・構造体」間を結合している棒または筒状の素材で構成した「塩基ペアー・構造体」と
を備えたラセン二本鎖構造を有するDNA模型教材。
Corresponds to a helical backbone composed of two helical strands composed of sugar and phosphoric acid that constitutes DNA, a “helical double-stranded backbone / structure” composed of a rope or flexible tube When,
A helical backbone composed of two helical strands in this DNA is composed of two helical single-stranded backbones, and these two helical single-stranded backbones are linked by a base pair sequence. A rod or tube that connects two “helical single-chain backbones / structures” that consist of two ropes or flexible tubes that are paired with easily separable bonds DNA teaching material with a helical double-stranded structure, comprising a “base pair / structure” made of a material in the shape of a ring.
DNAを構成する糖と燐酸で構成されたラセン状の二本の鎖で構成されたラセン状バックボーンに対応し、ロープまたは可撓性チューブで構成した「平行二本鎖バックボーン・構造体」と、
このDNAにおけるラセン状の二本の鎖からなるラセン状バックボーンが、二本のラセン状の単鎖バックボーンで構成され、この二本のラセン状の単鎖バックボーンが塩基ペアーの配列によって結合されていることに対応し、容易に分離し得る結合でペアーを形成し二本のロープまたは可撓性チューブで構成された二本の「直線単鎖バックボーン・構造体」間を結合している棒または筒状の素材で構成した「塩基ペアー・構造体」と
を備えた平行二本鎖構造を備えたDNA模型教材。
"Parallel double-stranded backbone / structure" composed of a rope or flexible tube, corresponding to a helical backbone composed of two helical strands composed of sugar and phosphoric acid constituting DNA,
A helical backbone composed of two helical strands in this DNA is composed of two helical single-stranded backbones, and these two helical single-stranded backbones are linked by a base pair sequence. A bar or tube that connects two “straight single-chain backbones / structures” that consist of two ropes or flexible tubes that are paired with easily separable bonds A DNA model teaching material with a parallel double-stranded structure with a “base pair / structure” composed of a material in the shape of a tube.
請求項2に記載のDNA模型教材にさらに
前記平行二本鎖構造を有するDNA模型教材の「平行二本鎖バックボーン・構造体」を、二本の「直線単鎖バックボーン・構造体」に分離し、その一方をDNAの複製におけるリーディング鎖に対応する「直線単鎖バックボーン・構造体」、他方をラギング鎖に対応する「直線単鎖バックボーン・構造体」とみなし、このリーディング鎖に対応する「直線単鎖バックボーン・構造体」と相補的な「塩基・構造体」配列を持つ「直線単鎖バックボーン・構造体」と、
ラギング鎖に対応するもう一本の「直線単鎖バックボーン・構造体」と相補的に結合する「塩基・構造体」の配列を有する直線単鎖DNAを複数個に分割して得られる、岡崎フラグメントに対応した「岡崎フラグメント・構造体」と
を追加したDNA模型教材。
3. The DNA model teaching material according to claim 2, wherein the “parallel double-stranded backbone / structure” of the DNA model teaching material having the parallel double-stranded structure is further separated into two “linear single-stranded backbone / structure”. One of them is regarded as a “linear single-stranded backbone / structure” corresponding to the leading strand in DNA replication, and the other is regarded as a “linear single-stranded backbone / structure” corresponding to the lagging strand. “Linear single-chain backbone / structure” having a “base / structure” sequence complementary to “single-chain backbone / structure”,
Okazaki fragment obtained by dividing a linear single-stranded DNA having a sequence of “base / structure” that complementarily binds with another “linear single-stranded backbone / structure” corresponding to the lagging strand. DNA model teaching materials with “Okazaki fragment / structure” added to
請求項1または2に記載したラセン二本鎖構造または平行二本鎖構造を有するDNA模型教材を用い、この「ラセン二本鎖バックボーン・構造体」または「平行二本鎖バックボーン・構造体」を二本のラセン状単鎖DNAに対応する二本の「ラセン単鎖バックボーン・構造体」または二本の「直線単鎖バックボーン・構造体」に分離し、この二本の単鎖バックボーン・構造体の片方をDNA複製における親鎖に対応させ、他方をDNA複製における娘鎖に対応させることにより、親鎖側の「塩基・構造体」の配列に相補的な「塩基・構造体」の配列を持つ娘鎖と再結合させ、もとのラセン二本鎖構造または平行二本鎖構造を復元することによって、親鎖を鋳型として娘鎖DNAが合成されるプロセスを体験的に学習するDNA複製プロセスの学習方法。   Using the DNA model teaching material having a helical double-stranded structure or a parallel double-stranded structure according to claim 1 or 2, this "helical double-stranded backbone / structure" or "parallel double-stranded backbone / structure" Separated into two “helical single-stranded backbones / structures” or two “linear single-stranded backbones / structures” corresponding to two helical single-stranded DNAs. By making one of these correspond to the parent strand in DNA replication and the other to the daughter strand in DNA replication, the sequence of the “base / structure” complementary to the “base / structure” sequence on the parent strand side A DNA replication process that empirically learns the process of synthesizing daughter-strand DNA using the parent strand as a template by recombining with the daughter strand and restoring the original helical or parallel double-stranded structure. of習方 method. 請求項1または2に記載した二本鎖構造を有するDNA模型教材のいずれかで、同じ「塩基・構造体」配列を持つDNA模型教材を2組用い、その二組の模型教材の二本鎖DNA・構造体を、二本のラセン状単鎖DNAに対応する二本の単鎖DNA・構造体に分離し、これら二本の単鎖DNA・構造体をともに親鎖とし、また他方のDNA模型教材も単鎖DNA・構造体に分離してこれら二本のDNA・構造体を共に娘鎖として、それぞれの親鎖側の「塩基・構造体」の配列に対応する「塩基・構造体」と、これと相補的な「塩基・構造体」の配列を有する娘鎖と再結合させることにより、単鎖の組み合わせが当初の組み合わせとは異なる二つの二本鎖構造を作ることにより、親鎖を鋳型として娘鎖DNAが合成されるプロセスを体験的に学習するDNA複製プロセスの学習方法。   The DNA model teaching material having a double-stranded structure according to claim 1 or 2, wherein two sets of DNA model teaching materials having the same “base / structure” sequence are used, and the double strands of the two sets of model teaching materials. The DNA / structure is separated into two single-stranded DNA / structures corresponding to the two helical single-stranded DNAs, and the two single-stranded DNA / structures are both parental strands, and the other DNA Model teaching materials are also separated into single-stranded DNA / structures, and these two DNAs / structures are both daughter strands, and “bases / structures” corresponding to the sequences of the “bases / structures” on the parent chain side. And recombination with a daughter strand having a complementary “base / structure” sequence to form two double-stranded structures in which the single-chain combination is different from the original combination, thereby creating the parent chain. Experientially learn the process of synthesizing daughter-strand DNA using as a template Learning method of DNA replication process. 請求項3に記載したDNA模型教材を用い、平行二本鎖構造の一端から平行二本鎖構造をリーディング鎖とラギング鎖に相当する二本の線単鎖バックボーン・構造体に分離することにより、DNA複製における複製バブルに対応する構造を形成し、このリーディング鎖に相当する構造体に、前記「直線単鎖バックボーン・構造体」を連続的に結合させるとともに、ラギング鎖の構造体に前記「岡崎フラグメント・構造体」を一個ずつ不連続的かつリーディング鎖とは逆の方向に結合を進めることによって、DNAの複製バブルで行われる不連続的複製のプロセスを体験的に学習するDNA複製プロセスの学習方法。   Using the DNA model teaching material according to claim 3, by separating the parallel double-stranded structure from one end of the parallel double-stranded structure into two linear single-stranded backbones / structures corresponding to the leading strand and the lagging strand, A structure corresponding to a replication bubble in DNA replication is formed, and the “linear single-stranded backbone / structure” is continuously bonded to the structure corresponding to the leading strand. Learning of the DNA replication process by experientially learning the process of discontinuous replication performed in the DNA replication bubble by advancing the binding of fragments and structures one by one in the direction opposite to the leading strand Method. 請求項5に記載したDNA模型教材にて、「塩基ペアー・構造体」の結合部分に磁石とそれに吸引される鉄片の組み合わせ、または磁石と磁石の組み合わせを用いることにより、ペアーの結合と分離を容易に行なえるようにするとともに、DNAの複製が行われる複製バブルの端の複製フォークで起きる次の三つのプロセスを表す三つの装置、すなわち、
(1)平行二本鎖構造をリーディング鎖とラギング鎖に分離するプロセスを、「塩基ペアー・構造体」をブロック片の先端部に当てて二つの「塩基・構造体」に分離することによって、二本の単鎖バックボーン・構造体を得ることによって、複製フォークにおける分離プロセスをシミュレートする二本構造分離装置と、
(2)リーディング鎖を鋳型として二本鎖が連続的に合成されるプロセスを、リーディング鎖に相当する構造体およびそれと相補的なDNA単鎖を表す単鎖バックボーン・構造体とを、入り口が離れていて出口が接近している二つのチャンネルを通過させて二つのチャンネルの出口を出た直後に、前記磁石の吸引力によって両構造体を結合させることにより、複製フォークにおけるリーディング鎖における複製プロセスをシミュレートするリーディング鎖を鋳型とする二本鎖複製装置と、
(3)ラギング鎖を鋳型として二本鎖が岡崎フラグメントに分かれて不連続的に合成されるプロセスを、ラギング鎖に相当する単鎖バックボーン・構造体と、それと相補的な複数の「岡崎フラグメント・構造体」とを、入り口が離れていて出口が接近している二つのチャンネルを通過させて二つのチャンネルの出口を出た直後に、前記磁石の吸引力によって両構造体を結合させることにより、複製フォークにおけるラギング鎖における複製プロセスをシミュレートするラギング鎖を鋳型とする二本鎖複製装置と
を有する複製フォークシミュレーター
を備えたDNA模型教材。
In the DNA model teaching material according to claim 5, by using a combination of a magnet and a piece of iron attracted to it, or a combination of a magnet and a magnet for a binding part of a “base pair / structure”, a pair can be combined and separated. Three devices representing the following three processes that take place at the replication fork at the end of the replication bubble where DNA replication takes place:
(1) The process of separating a parallel double-stranded structure into a leading strand and a lagging strand is made by separating the “base pair / structure” into two “bases / structure” by placing the “base pair / structure” on the tip of the block piece, A two-structure separator that simulates the separation process in a replica fork by obtaining two single-chain backbone structures;
(2) The process of continuously synthesizing double strands using the leading strand as a template is separated from the structure corresponding to the leading strand and the single-stranded backbone / structure representing the complementary DNA single strand. Immediately after exiting the outlets of the two channels by passing through the two channels that are close to the outlet, the structure is coupled by the attraction force of the magnet, so that the replication process in the leading strand of the replication fork is performed. A double-stranded replication device using the leading strand to be simulated as a template;
(3) A process in which double strands are divided into Okazaki fragments using a lagging strand as a template and synthesized discontinuously is divided into a single-chain backbone structure corresponding to the lagging strand and a plurality of complementary “Okazaki fragments. Immediately after exiting the outlet of the two channels through the two channels whose entrance is separated and the outlet is approaching, the structure is coupled by the attractive force of the magnet, A DNA model teaching material provided with a replication fork simulator having a double-stranded replication device using a lagging strand as a template for simulating a replication process in a lagging strand in a replication fork.
請求項7に記載のDNA模型教材を用いて、DNA複製において複製フォークで起きる三つのプロセス、すなわち、(1)平行二本鎖構造を二本のDNA単鎖すなわちリーディング鎖とラギング鎖に分離するプロセス、(2)リーディング鎖を鋳型として、複製フォークの進行方向に進行するDNAの連続的複製のプロセス、(3)ラギング鎖を鋳型として、複数の岡崎フラグメントの合成が個々にはリーディング鎖の進行方向とは逆の方向に、しかし全体としてはリーディング鎖の進行方向すなわち複製フォークの進行方向と同じ方向に不連続的に進行するDNAの不連続的複製のプロセスを体験的に学習するDNA複製プロセスの学習方法。   Using the DNA model teaching material according to claim 7, three processes occurring at the replication fork in DNA replication, that is, (1) separating a parallel double-stranded structure into two DNA single strands, that is, a leading strand and a lagging strand Process, (2) the process of continuous replication of DNA that proceeds in the direction of the replication fork using the leading strand as a template, and (3) the synthesis of multiple Okazaki fragments individually using the lagging strand as a template DNA replication process that empirically learns the process of discontinuous replication of DNA that progresses discontinuously in the opposite direction, but generally in the same direction as the leading strand, ie, in the same direction as the replication fork Learning method. 生体の遺伝暗号解読表を模して作成した暗号解読表を用いて任意のメッセージを「「塩基ペアー・構造体」」の配列によって暗号化して一個のDNA模型に書き込むことを可能にした請求項1,2,3,または7のいずれか一項に記載したDNA模型教材を用いてメッセージの暗号化することにより、遺伝情報の暗号化を体験的に学習する遺伝情報暗号の学習方法。   Claims that can be written on a single DNA model by encrypting an arbitrary message with the sequence of “base pair / structure” using a decryption table created by imitating a genetic decryption table of a living body A method for learning a genetic information code, wherein the encryption of a message is empirically learned by encrypting a message using the DNA model teaching material according to any one of 1, 2, 3, and 7. 任意のメッセージを分割して、前記の暗号解読表を用いて塩基配列で暗号化して複数の請求項1,2,3,または7のいずれか一項に記載のDNA模型に書き込み、それらを連結することによって長文のメッセージを一個の模型に暗号化して書き込むことを可能にしたDNA模型教材、およびそれを用いて長文のメッセージを分割して暗号化することによって遺伝情報の暗号化を体験的に学習する遺伝情報暗号の学習方法。   An arbitrary message is divided, encrypted with a base sequence using the decryption table, written into a plurality of DNA models according to any one of claims 1, 2, 3, or 7, and linked together Can be used to encrypt and write a long message into a single model, and to empirically encrypt genetic information by dividing and encrypting a long message using it Learning method of genetic code to learn. 前記バックボーン・構造体を軟質ポリウレタンのロープまたはチューブで作製した1,2,3,または7のいずれか一項に記載のDNA模型教材。   8. The DNA model teaching material according to any one of 1, 2, 3, and 7, wherein the backbone / structure is made of a flexible polyurethane rope or tube.
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