生活中的科學

生活中的科學EP19-雙股螺旋結構(DNA)

浣熊老師

Dec 18, 2024 • 9 min read

大家好我是浣熊老師，今天老師要帶大家製作的模型十分特別，是每個人身體中都有的物質，它就是去氧核醣核酸，也就是大家一般俗稱的DNA！DNA(Deoxyribonucleic Acid)能夠儲存生物體內的遺傳資訊，並將它們傳遞給下一代，是生物在繁衍時不可或缺的一部分。DNA主要由「雙股螺旋結構」組成，長得就像是兩個圍繞在一起的旋轉樓梯。

今天浣熊老師要帶大家使用積木來創造出DNA的雙股螺旋結構，現在就讓浣熊老師一步步教大家如何製作吧！

◆ 組裝步驟

第一步我們要來做出DNA的骨架，需要使用到7孔軟性扁長條以及短結合鍵(圖一)，依照圖示使用短結合鍵將四根7孔軟性扁長條連接在一起(圖二)，完成兩個部件A的製作。

第二步我們要做出DNA中間的鹼基對，需要使用到5孔長條側有孔以及長結合鍵(圖三)，依照圖示將長結合鍵安裝在5孔長條側有孔的左右兩側(圖四)，完成十二個部件B的製作。

第三步我們要將DNA的鹼基對連接在一起，以穩固模型的結構，需要使用到2凸單孔轉向結合器(圖五)，依照圖示使用2凸單孔轉向結合器將十二個部件B結合在一起(圖六)。

第四步我們要連接DNA的骨架以及鹼基對，首先依照圖示將部件A安裝在最下方的部件B上，接著每隔三公分(跳過一個孔洞)便將它與下一個部件B結合(圖七)，依此類推以螺旋的方式逐步向上組裝，將部件A與十二個部件B結合在一起，完成雙股螺旋結構中的其中一股(圖八)，可以看到已經有螺旋的形狀囉！

第二個部件A也是每隔三公分就與部件B結合(圖九)，當部件A都與十二個部件B結合後，雙股螺旋的結構就完成囉，我們可以將它定義為部件C(圖十)。

若是要將模型用於靜態展示，我們只要將部件C架高再與20×30大底盤進行結合即可，需要使用到3孔超長條以及長結合鍵(圖十一)，依照圖示將它們安裝在部件C的其中一側(圖十二)。

完成後依照圖示將模型安裝在20×30大底盤的上方，便能夠做為靜態展示的模型使用(圖十三)。

而若是要將模型用於動態展示，可以接續下列的步驟進行組裝：

第五步我們要在部件C的上方與下方各安裝一根軸，需要使用到60T齒輪、60mmⅡ軸、30mmⅡ軸以及軸轉接器(圖十四)，依照圖示將零件組裝成部件D以及部件E(圖十五)。

接著依照圖示分別將部件D以及部件E安裝在部件C的兩側(圖十六)。

第六步我們要加上馬達，讓模型能夠進行轉動，需要使用到4.5V單孔開關電池座、40倍馬達盒、5孔超長條底無孔、5孔長條、3孔超長條、70mmⅡ軸、渦桿以及長結合鍵(圖十七)，依照圖示將零件組裝成部件F以及部件G(圖十八)。

接著依照圖示分別將部件F以及部件G安裝在20×30大底盤的上方(圖十九)，完成後再將部件E的60mmⅡ軸插入部件F的5孔長條當中，並確保60T齒輪與渦桿彼此相互嚙合(圖二十)。

第七步我們要加上支架，讓模型在轉動時能夠更加穩固，需要使用到5×15孔長方框、15孔超長條以及長結合鍵(圖二一)，依照圖示將零件組裝成部件H(圖二二)。

最後依照圖示將部件H安裝在20×30大底盤的上方，並確保30mmⅡ軸穿過15孔超長條(圖二三)，動態展示的模型就完成囉。

◆ 模型操作

動態展示模型的操作方式非常簡單，只要將4.5V單孔開關電池座的開關打開，便能夠讓雙股螺旋結構進行轉動(影片一、二)，看著它緩慢轉動的樣子，是不是讓人不禁讚嘆生命的奧妙之處呢？除了用於生物教學外，也可以將模型做為家中的擺飾哦！

(影片一)

(影片二)

◆結語

這次浣熊老師製作了一個DNA的模型，能夠用來模擬雙股螺旋的結構，除了DNA之外，智高積木還可以用於模擬分子的結構，如水分子(H2O)便是由兩個氫原子與一個氧原子組成(圖二四)，你可以試著使用積木模擬出日常生活中常見到的元素，並將它們組成各式各樣的分子哦！

今天的分享就到這邊，喜歡這篇文章的話記得幫浣熊老師大力分享出去，我們下次見囉，拜拜！

◆科學原理：

去氧核糖核酸(DNA)是我們身體裡的特別分子，它就像一個生命的「說明書」或「藍圖」，可以記載身體所需的資訊，並告訴細胞該如何運作、長大、修復。
DNA主要由四種小分子(又稱為鹼基)組成，分別為腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)以及鳥嘌呤(G)，其中腺嘌呤(A)只會與胸腺嘧啶(T)結合形成鹼基對，而胞嘧啶(C)則只會與鳥嘌呤(G)結合形成鹼基對。

我們可以使用一個更為正確的模型進行說明(圖二五)，由於腺嘌呤(A)只會與胸腺嘧啶(T)結合，因此黃色的正方顆粒都是與紅色的正方顆粒結合在一起；同理，胞嘧啶(C)只會與鳥嘌呤(G)結合，因此藍色的正方顆粒都是與綠色的正方顆粒結合在一起，透過這兩種鹼基對的排列組合，便能夠決定每個人的身體特徵，例如性狀、髮色、身高，甚至是一些健康特質等。