Všeobecný přehled

Komentář: „Voda skutečně proklouzne membránou spolu s dalšími malými polárními molekulami, jako je etanol a močovina. Větší nebo nabité látky rozpustné ve vodě budou vyžadovat bílkovinný nosič. Mastné acylové zbytky vodu neodpuzují, ale ani ji nepřitahují. Je pravda, že jako polární je voda více přitahována jinými molekulami vody na stejné straně membrány než uhlovodíkovými řetězci, které jsou v dvojvrstvě. Když molekuly vody „bzučí“ kolem, některé z nich prostě proklouznou. Bílkovinné póry a nosiče se na tom nepodílejí a ve skutečnosti bude voda difundovat přes umělou lipidovou dvojvrstvu, která ani neobsahuje bílkoviny. Nebude sice difundovat tak rychle, jako kdyby tam lipidová dvojvrstva nebyla, ale bude difundovat poměrně snadno. Nyní zmiňujete látky rozpustné ve vodě, což by se týkalo polárních a nabitých molekul. Některé látky rozpustné ve vodě skutečně vyžadují proteinové kanály nebo dokonce přenašeče (nazývané pumpy, pokud vyžadují metabolickou energii). Větší polární molekuly procházejí hůře a nabité molekuly procházejí ještě hůře, i když jsou malé (tj. ionty). Důvod, proč mají ionty problém projít, souvisí s tím, že se hydratují (jsou obklopeny molekulami vody, jejichž opačně nabité konce se spojují s nabitým iontem). Nemůžete se tedy dívat na ion sám o sobě (který se může zdát malý), ale na celou hydratační sféru, která bude pravděpodobně velká. Ionty obecně potřebují k průchodu membránové proteiny, stejně jako větší polární molekuly.“
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 11/3/99

Úpravy zařízení a zásob

Tip: „Pro dialyzační hadičky jsem použil nejlevnější plastové sáčky na sendviče. Fungují docela dobře.“
-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 9. 9. 1999

Tipy: „Vezměte si na pomoc léky na dialýzu: „Dva tipy, které bych vám ráda předala. Jsem (poměrně) nová učitelka a tyto dva poslední objevy mi usnadnily práci. Za prvé, kupuji si škrob ve spreji, jaký se používá na žehlení. Pryč jsou doby, kdy se škrob zahříval, aby se rozpustil. Stačí stříkat škrob do baňky s vodou, dokud si nemyslíte, že je ho dost. Nikdy neodměřuji a funguje to skvěle! Za druhé, pro rychlý výsledek Benediktova testu strčte do mikrovlnné trouby asi na dvě až pět sekund; výsledky jsou opět skvělé. Mnohem lepší než testovací proužky. Doufám, že jsem vám zkrátil dobu přípravy laboratoře alespoň o 10 minut. Každá minuta se počítá!“
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Tip: „Zkuste použít fialovou cibuli do laboratoře – funguje to – jen se ujistěte, že mají nějaké pigmentové buňky. Rozdíly s dH20 a solným roztokem jsou velké. Pokud nechcete míchat solný roztok a máte akvárium se slanou vodou, stačí vzít malou kádinku s vodou z nádrže. Funguje to dobře.“
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, Severní Karolína. 10/14/99

Tip: „K poslední části laboratoře používám místo cibule rostlinu Rhoeo discolor. Její listy jsou na spodní straně fialové a fialová epidermální vrstva se snadno odloupne od zbytku listu. Pěstuje se velmi snadno (zdá se, že se jí daří díky šikovnému zanedbání!) v květináči na okenním parapetu. Měla by být k dostání v zahradnickém centru. Je to velmi běžná rostlina – používá se jako půdní pokryv v okolí severního Texasu – přála bych si, abych vám mohla říct běžný název; připomíná mi toulitku židovskou, ale s většími a méně chlupatými listy.“
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 15. 10. 1999

Dotaz: Jaký je váš názor? „Včera jsem si šla do lékárny koupit testovací proužky na glukózu a bylo tam mnoho možností. Nenašla jsem ani jednu ze značek uvedených v příručce pro učitele. Záleží na značce? Kupuješ glukózové testovací proužky do moči, nebo glukózové testovací proužky do krve? Jsou velmi drahé a já jsem nechtěl koupit špatný druh.“

Odpověď 1: „Požádejte lékárníka, aby vám schoval prošlé testovací proužky na moč. Často vám dají slevu z ceny, když jim řeknete, že jste učitel a že testovací proužky jsou prošlé.“
-Franklin M. Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Odpověď 2: „Testovací proužky na glukózu vždy odebírám od společnosti Frey Scientific. Fungují dobře pro dialyzační testování a nevykazují falešnou pozitivitu v přítomnosti jódu. Používám je také pro simulované vyšetření moči a dostávám mnohem lepší výsledky než farmaceutické měrky.“
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, Severní Karolína. 10. 10. 1999

Tip: „Poznamenejte si pro příští rok: pro testování přítomnosti cukrů mimo sáček použijte místo testovacích proužků Benediktův roztok. Stačí přidat část tekutiny v kádince do zkumavky, ve které je stejné množství Benedictova roztoku. Promíchejte a mírně zahřívejte ve vodní lázni po dobu 5 až 10 minut. Měli byste získat pozitivní výsledek testu – modrý Benedictův roztok se zbarví rezavě (oranžově/červeně), pokud je přítomna glukóza. Minulý týden jsem dělala laboratoř a získala jsem skvělé výsledky pomocí Benedictových roztoků.“
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Předlaboratorní příprava

Modifikace postupu

Dotaz:

Odpověď 1: „Existuje nějaká alternativa k metodě získávání vzorků brambor pomocí jádrového vrtáku?“

Odpověď 1: „Místo použití korkového vrtáku pro výrobu válců brambor zkuste použít kráječ na hranolky, abyste vytvořili mnoho stejnoměrných kousků syrových brambor najednou. To napadlo jednoho z mých studentů!“
-Marcia Fischerová, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 10/24/00

Odpověď 2: „… Pokud nemáte kráječ na hranolky, můžete je prostě nakrájet sami. Já jsem už před lety rezignoval na korkovou vyvrtávačku a jednoduše jsem vzal dobrý kuchyňský nůž a nakrájel brambory na zhruba stejnoměrné „tyčinky“ o přibližné požadované velikosti. Funguje to a považuji to za jednu ze spolehlivějších laboratoří. Také mě to utvrzuje v závěru (který dětem stále říkám), že naučit se vařit je skvělý trénink pro laboratoř – mnoho dovedností se přenáší!“
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, Severní Karolína. 28. 10. 2000

Odpověď 3: „Zjistila jsem, že je velmi obtížné dělat tuto laboratoř tak, jak je napsána. Místo jádřinců používám tenké plátky brambor a snažím se skončit s asi 20 g brambor. Jakmile jsem to začal dělat tímto způsobem, funguje to jako kouzlo. Myslím, že je to ze dvou důvodů: (1) Máte mnohem větší hmotnost brambor, a tak máte mnohem menší procento chyb v hmotnosti; (2) nemáte tolik malých kousků brambor, které odpadávají a snižují hmotnost.“
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 10/19/00

Tip: „Použil jsem francouzskou mandolínu na krájení bramborových tyčinek pro laboratoř 1C a získal jsem skvělé výsledky (R square = 0,996). Pro jeden z mých týmů jsem použil techniku „krájení vaflí“ a vyrobil jsem „vaflové hranolky“, které jsem pak „děroval“ malou miskou, abych vyrobil stejně velké „vaflové kotouče“. Výsledkem bylo, že disky v hypotonických roztocích se rozšiřovaly a disky v hypertonických roztocích se přehnaně smršťovaly, což potvrdila pouze data. Zdá se, že za to může zvětšený povrch.“
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 17.11.00

Řešení problémů a čištění

Tip: „Při dnešním vedení laboratoře osmózy/difuze učinili moji studenti zajímavý objev. Roztok jódu reagoval s testovacími proužky na glukózu (náhradní sada pro laboratoř osmózy Carolina Biological) a změnil barvu, což znamenalo pozitivní reakci na glukózu. Studenti chtěli vědět, jak mohou zjistit, zda glukóza difunduje z dialyzačního sáčku, když jim jód v roztoku v kádince již dal pozitivní výsledek testu. Stejně tak na konci pokusu, kdy jód difundoval do dialyzačního sáčku, chtěli vědět, jak mohou zjistit, že glukóza odešla (což indikuje zeslabená barevná reakce glukózových testovacích proužků). Nakonec jsme použili dialyzační sáček bez jódu, takže jsme mohli detekovat glukózu samotnou, ale pokud budete postupovat v laboratoři tak, jak je napsáno, možná budete muset tento problém zvážit.“
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Provádění laboratoře s použitím sond a počítačů/kalkulaček

Dotaz: „Má někdo „jednodušší“ nebo upravený laboratorní postup pro osmózu? Takový, který lze provést během jediného dne?“

Odpověď 1: „Použijte velký, korkový vrták a velkou (dlouhou) bramboru. Krouživým pohybem zasuňte korkový vrták podélně až do brambory. Protože tento postup musíte provést u několika brambor, je vhodné použít na každou bramboru stejně velký vrták. Nesmíte projít celou bramborou (ani téměř celou). Pokud vrták vytáhnete, válcovitý kus brambory zůstane k bramboře připojen. Pokud však do zadní části vrtáku vložíte skalpel a vrtákem i skalpelem zatočíte, válec brambory se zkroutí a nakonec praskne. Vytáhněte vrták a stejně jako při bouchnutí láhve šampaňského se válec brambory dostane ven. Nyní máte v bramboře otvor, a pokud tento postup zopakujete s několika bramborami, budete mít v bramborách otvory JEDNOTNÉ velikosti. Každou z nich opláchněte vodou z vodovodu, abyste z otvorů dostali přebytečná škrobová zrnka, která se uvolnila při tomto hrubém postupu. Nyní jsou brambory připraveny. Každou z nich naplňte jinou koncentrací sacharózy: 0, 0,2, 0,4, 0,6 a 0,8 a 1,0. Pomocí zátky č. 2 s obrácenou pipetou opatrně zatočte zátkou do brambory. Nevytahujte ji příliš silně, jinak se brambora roztrhne (a bude tak nepoužitelná). Měli byste získat vzduchotěsné spojení. Obvykle je vkládám do kádinky o objemu 600 ml a korek pevně zalepím. Připojte k pipetě Vernierův senzor tlaku plynu (CBL nebo počítačový) a změřte změnu tlaku v průběhu 20 až 30 minut. Sklon (změna tlaku v závislosti na změně času) je měřítkem rychlosti osmózy. Pomocí grafu závislosti koncentrace na sklonu můžete určit koncentraci, při které je sklon roven 0 (tj. kdy se vodní potenciál buněk brambor rovná vodnímu potenciálu roztoku sacharózy). Nezkoušel jsem to bez sond, ale můžete to také propojit s velmi úzkými odměrnými pipetami. Postup má několik zádrhelů, které se stále snažím vyřešit. Nemohu říci, že to funguje vždy čistě, ale netrvá to 24 hodin. Mám několik nápadů, jak to vyčistit.“
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 23. 10. 2000

Alternativní nápady pro laboratoře

Laboratoř vaječné osmózy

Dotaz: Jaké jsou možnosti pro testování vaječné osmózy? „Slyšel jsem, že učitelé používají vejce k demonstraci osmotických principů. Má někdo nějaké laboratorní aktivity nebo ukázky, které se tím zabývají?“

Odpověď 1: „Mám na tuto laboratoř skvělý odkaz z časopisu Journal of College Science Teaching, listopad 1985. Domnívám se, že se jedná o publikaci NSTA? Jmenuje se ‚Osmosis and the Marvelous Membrane‘ a pojednává o použití odvápněných vajec k demonstraci osmózy. Nechávám děti odvápňovat vejce v octu po dobu 48 hodin a pak jim dám čtyři neznámé roztoky (destilovaný, 0,5M sacharózy, 1M sacharózy a 2M sacharózy). Vajíčka zmasírují, vloží do roztoků a každých 10 nebo 15 minut je po dobu 1,5 hodiny znovu zmasírují. Laboratoř funguje skvěle! Bude fungovat i během 45 minut, pokud se děti vrátí na oběd nebo později, aby je zmasírovaly po hodině. Pak vykreslí procentuální změnu hmotnosti v závislosti na čase. Musí také vypočítat molaritu vajíčka; obvykle jim vyjde asi 0,8M.

V článku, na který jsem odkazoval výše, se doporučuje používat roztoky glukózy, ale zjistil jsem, že sacharóza funguje stejně dobře a je mnohem levnější. V článku se také píše, že roztoky NaCl dávají podivné výsledky, pravděpodobně kvůli tomu, že ionty soli nějak modifikují membránu.

Jen nezapomeňte mít po ruce vajíčka navíc, protože vždycky se najde nějaký student, který skončí s vajíčkem na ruce. Já jsem tři tucty vajec vložil na noc do galonu octa a druhý den jsem ocet vyměnil. Vejce byla připravena k použití třetí den.“
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 10/20/99

Odpověď 2: „Dalším vedlejším výletem s vejci – poté, co jste dokončili ošetření solí nebo cukrem – je umístit je přes noc do různých druhů barviv:

• methylenová modř
• barvivo Rit
• potravinářské barvivo

Každé má jinou rychlost difuze (difunduje do různé hloubky uvnitř vejce) – uvařte a rozkrojte napůl, abyste viděli rozdíly. Nedoporučuje se však k jídlu!“
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 10/19/99

Odpověď 3: „Již 30 let používám vaječnou laboratoř jako super demonstraci nebo jako individuální aktivitu. Upozorňuje na činnost našich vlastních buněk pomocí známé živočišné buňky, kterou mohou studenti vidět. Následují opravdu zjednodušené pokyny. Přidáte chemii, tlaky atd. Namočte/ponořte syrové slepičí vejce na 24 až 48 hodin do bílého octa (nejlépe funguje nejlevnější druh z obchodu), abyste odstranili skořápku z uhličitanu vápenatého. Skořápka okamžitě prokáže korozi, přičemž se na povrchu vytvoří mnoho malých bublinek – to poskytuje čas na dobrou diskusi o základech chemie a působení kyselin a sloučenin kovů. Na konci této doby může být membrána pokryta rozpustnými solemi vápníku – jemně ji umyjte, abyste ji odstranili, což vám umožní vidět průsvitnou membránu. V tomto okamžiku si možná uvědomíte potřebu přípravy některých záložních vajec! Osušte a zmasírujte. Možná budete chtít provést některá další měření, jako je obvod, objem podle výtlaku vody atd. Vejce vložte do známého objemu destilované vody (150 ml) v čisté kádince o objemu 250 ml. Opět shromážděte údaje, které považujete za vhodné, nebo nechte studenty navrhnout vlastní laboratoř (příležitost pro konstruktivismus a 3P). Počkejte 24 hodin – přes noc. Vejce opatrně vyjměte; osušte a hmotnostní přírůstek je voda. Porovnejte se ztraceným objemem v kádince. Osmóza přes selektivně propustnou membránu. Můžete nechat studenty rozbít vejce do Petriho misky; vyhodnoťte konzistenci bílku. Alternativní nebo doprovodnou laboratoří je vzít druhé vejce. Odstraňte skořápku a hmotu. Vložte ho do 100 % bílého sirupu Karo (tekutá fruktóza). Nechte přes noc odstát. Vejce vyjměte, rychle omyjte, osušte a zmasírujte. Porovnejte nový objem v kádince a ztracenou hmotnost. Pokud jsou studenti pozorní, měli byste si všimnout určitého vrstvení v důsledku rozdílů v hustotě. Výsledky jsou zde poměrně dramatické a lze je zvrátit vložením vejce do destilované vody. Vy a vaši studenti můžete tuto laboratoř udělat tak složitou nebo jednoduchou, jak si sami zvolíte. Je to také dobré místo pro zopakování struktury plodového vejce.“
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99