Synthèse générale

Comment : « L’eau ne fait que glisser à travers la membrane avec d’autres petites molécules polaires comme l’éthanol et l’urée. Les substances hydrosolubles plus grandes ou chargées nécessiteront un transporteur protéique. Les résidus d’acyle gras ne repoussent pas l’eau, mais ils ne l’attirent pas non plus. Il est vrai qu’étant polaire, l’eau est plus attirée par d’autres molécules d’eau du même côté de la membrane que par les chaînes d’hydrocarbures qui se trouvent dans la bicouche. Lorsque les molécules d’eau « bourdonnent », certaines d’entre elles passent à travers. Les pores et les transporteurs protéiques ne sont pas impliqués et, en fait, l’eau diffusera à travers une bicouche lipidique artificielle, qui ne contient même pas de protéines. Elle ne diffusera pas aussi rapidement que si la bicouche lipidique n’était pas là, mais elle diffusera plutôt facilement. Vous mentionnez maintenant les substances hydrosolubles, ce qui fait référence aux molécules polaires et chargées. Certaines substances hydrosolubles nécessitent des canaux protéiques ou même des transporteurs (appelés pompes si elles nécessitent une énergie métabolique). Les grosses molécules polaires ont plus de mal à passer et les molécules chargées ont encore plus de mal à passer, même si elles sont petites (c’est-à-dire les ions). La raison pour laquelle les ions ont du mal à passer est liée au fait qu’ils s’hydratent (entourés de molécules d’eau dont les extrémités de charge opposée se lient à l’ion chargé). Il ne faut donc pas regarder l’ion en lui-même (qui peut sembler petit), mais l’ensemble de la sphère d’hydratation qui est probablement grande. Les ions ont généralement besoin de protéines membranaires pour passer, tout comme les grosses molécules polaires. »
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 11/3/99

Modifications des équipements et des fournitures

Conseil : « Pour les tubes de dialyse, j’ai utilisé les sacs à sandwich en plastique les moins chers. Ils fonctionnent assez bien. »
-Jo Ann Burman, école secondaire Andress, El Paso, Texas. 9/9/99

Conseils : « Deux conseils que j’aimerais faire passer. Je suis un enseignant (assez) nouveau et ces deux dernières découvertes ont rendu les choses un peu plus faciles. Premièrement, j’achète de l’amidon en spray, comme celui que vous utilisez pour repasser. Fini le temps où il fallait chauffer l’amidon pour le dissoudre. Il suffit de pulvériser l’amidon dans un flacon d’eau jusqu’à ce que vous pensiez qu’il y en a assez. Je ne mesure jamais et ça marche très bien ! Deuxièmement, pour un résultat rapide au test de Bénédict, mettez-le dans le micro-ondes pendant deux à cinq secondes ; là encore, les résultats sont excellents. C’est bien mieux que les bandelettes réactives. J’espère avoir réduit d’au moins 10 minutes le temps de préparation de votre laboratoire. Chaque minute compte ! »
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Conseil : « Essayez d’utiliser des oignons violets pour le laboratoire – ça marche – assurez-vous simplement qu’ils ont quelques cellules pigmentées. Les différences avec le dH20 et la solution saline sont grandes. Si vous ne voulez pas mélanger la solution saline et que vous avez un aquarium d’eau salée, prenez simplement un petit bécher d’eau du réservoir. Cela fonctionne bien. »
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, Caroline du Nord. 14/10/99

Conseil : « J’utilise une plante appelée Rhoeo discolor au lieu de l’oignon pour faire la dernière partie du laboratoire. Ses feuilles sont violettes sur la face inférieure et la couche épidermique violette se détache facilement du reste de la feuille. Elle est très facile à cultiver (elle semble prospérer grâce à une négligence habile !) dans un pot sur un rebord de fenêtre. Elle devrait être disponible dans une jardinerie. C’est une plante très commune – utilisée comme couvre-sol autour du nord du Texas – j’aimerais pouvoir vous dire le nom commun ; elle me rappelle le juif vagabond, mais avec des feuilles plus grandes et moins poilues. »
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 15/10/99

Question : « Je suis allée à la pharmacie hier pour acheter des bandelettes de test de glucose, et il y avait plusieurs possibilités. Je n’ai trouvé aucune des marques mentionnées dans le guide de l’enseignant. La marque est-elle importante ? Achetez-vous les bandelettes de test de glucose dans l’urine ou les bandelettes de test de glucose dans le sang ? Elles sont très chères, et je ne voulais pas acheter le mauvais type. »

Réponse 1 : « Demandez à votre pharmacien de vous mettre de côté des bandelettes urinaires périmées. Souvent, ils vous accorderont une réduction de prix si vous leur dites que vous êtes un enseignant et que les bandelettes sont périmées. »
-Franklin M. Bell, St. Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Réponse 2 : « Je me procure toujours mes bandelettes de test de glucose chez Frey Scientific. Elles fonctionnent bien pour les tests de dialyse et ne présentent pas de faux positifs en présence d’iode. Je les utilise également pour la simulation d’analyse d’urine et j’obtiens de bien meilleurs résultats que les bandelettes pharmaceutiques. »
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, Caroline du Nord. 10/10/99

Conseil : « Faites une note pour l’année prochaine : utilisez la solution de Bénédict au lieu des bandelettes pour tester la présence de sucres à l’extérieur du sac. Il suffit d’ajouter un peu du liquide contenu dans le bécher dans un tube à essai contenant une quantité égale de solution de Bénédict. Mélangez et chauffez doucement au bain-marie pendant 5 à 10 minutes. Vous devriez obtenir un résultat positif au test de Benedict bleu, qui deviendra rouillé (orange/rouge) si du glucose est présent. J’ai fait le laboratoire la semaine dernière et j’ai obtenu d’excellents résultats en utilisant le Benedict. »
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Floride. 10/5/99

Préparation du laboratoire

Modifications de la procédure

Question : « Existe-t-il une alternative à la méthode du carottier pour obtenir des échantillons de pommes de terre ? »

Réponse 1 : « Au lieu d’utiliser un carottier pour faire des cylindres de pommes de terre, essayez d’utiliser un coupe-frites pour faire de nombreux morceaux uniformes de pommes de terre crues en une seule fois. Un de mes élèves y a pensé ! »
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 24/10/00

Réponse 2 : « … Si vous n’avez pas de machine à frites, vous pouvez simplement les trancher vous-même. J’ai abandonné le perce-bouchon il y a des années, et je me contente de prendre un bon couteau de cuisine et de couper les pommes de terre en ‘bâtonnets’ à peu près uniformes de la taille approximative demandée. Cela fonctionne, et je considère que c’est l’un des laboratoires les plus fiables. Cela renforce également ma conclusion (que je répète sans cesse aux enfants) : apprendre à cuisiner est un excellent entraînement pour le laboratoire – beaucoup de compétences sont transférées ! »
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, Caroline du Nord. 28/10/00

Réponse 3 : « J’ai trouvé qu’il est très difficile de faire ce laboratoire tel qu’il est écrit. J’utilise de fines tranches de pommes de terre au lieu des trognons, et j’essaie de me retrouver avec environ 20 g de pommes de terre. Une fois que j’ai commencé à le faire de cette façon, ça marche comme sur des roulettes. Je pense que c’est pour deux raisons : (1) Vous avez une masse de pommes de terre beaucoup plus importante et donc vous avez un pourcentage d’erreurs de massification beaucoup plus faible ; (2) vous n’avez pas autant de petits morceaux de pommes de terre qui tombent et réduisent la masse. »
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 19/10/00

Conseil : « J’ai utilisé une mandoline française pour couper des bâtonnets de pommes de terre pour le laboratoire 1C et j’ai obtenu d’excellents résultats (R au carré = 0,996). Pour l’une de mes équipes, j’ai utilisé la technique de  » découpe de gaufre  » et j’ai produit des  » chips de gaufre « , que j’ai ensuite  » poinçonnées  » avec un petit plat pour produire des  » disques de gaufre  » de taille uniforme. Le résultat a été que les disques dans les solutions hypotoniques se sont dilatés et que les disques dans les solutions hypertoniques se sont contractés de manière exagérée, ce qui a été confirmé par les données. Il semble que l’augmentation de la surface soit responsable. »
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 17/11/00

Dépannage et nettoyage

Conseil : « En faisant fonctionner le laboratoire d’osmose/diffusion aujourd’hui, mes élèves ont fait une découverte intéressante. La solution d’iode a réagi avec les bandes de test de glucose (kit de remplacement du laboratoire d’osmose biologique de Carolina) et a pris une couleur indiquant une réaction positive au glucose. Les élèves voulaient savoir comment ils pouvaient déterminer si le glucose avait diffusé hors de la poche de dialyse puisque l’iode dans la solution du bécher leur avait déjà donné un test positif. De même, à la fin de l’expérience, lorsque l’iode avait diffusé dans la poche de dialyse, ils voulaient savoir comment ils pouvaient détecter que le glucose était parti (comme indiqué par une réaction de couleur atténuée avec les bandes de test de glucose). Nous avons fini par utiliser une poche de dialyse sans iode pour pouvoir détecter le glucose par lui-même, mais si vous suivez le laboratoire tel qu’il est écrit, vous devrez peut-être tenir compte de ce problème. »
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Conduire un laboratoire en utilisant des sondes et des ordinateurs/calculateurs

Question : « Est-ce que quelqu’un a une procédure de laboratoire d’osmose « plus simple » ou modifiée ? Une qui peut être faite en une seule journée ? »

Réponse 1 : « Utilisez un grand alésoir à bouchon et une grande (longue) pomme de terre. En faisant un mouvement de torsion, insérez le perce-bouchon à fond dans la pomme de terre dans le sens de la longueur. Comme vous devez faire cela pour plusieurs pommes de terre, l’idée est d’utiliser la même taille de foret sur chaque pomme de terre. Vous ne devez pas traverser la pomme de terre de part en part (ou même presque). Si vous retirez la fraise, le morceau cylindrique de la pomme de terre restera attaché à la pomme de terre. Cependant, si vous placez un scalpel à l’arrière de l’aléseuse et que vous tournez l’aléseuse et le scalpel ensemble, le cylindre de pomme de terre se tordra et finira par se casser. Retirez l’aléseuse et, comme si vous faisiez sauter une bouteille de champagne, le cylindre de pomme de terre sortira. Vous avez maintenant un trou dans la pomme de terre, et si vous répétez cette opération avec plusieurs pommes de terre, vous obtiendrez des trous de taille UNIFORME dans les pommes de terre. Rincez chacune d’entre elles à l’eau du robinet pour faire sortir des trous les grains d’amidon en excès qui ont été libérés par cette procédure brutale. Les pommes de terre sont maintenant prêtes. Remplissez-les d’une concentration différente de saccharose : 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 et 1,0. À l’aide d’un bouchon n°2 et d’une pipette inversée, enfoncez doucement le bouchon dans la pomme de terre. Ne forcez pas trop fort, sinon la pomme de terre se déchirera (et sera donc inutile). Vous devriez obtenir un raccord étanche à l’air. Je les place généralement dans un bécher de 600 ml et je fixe le bouchon avec du ruban adhésif. Fixez un capteur de pression de gaz Vernier (CBL ou informatique) à la pipette et mesurez le changement de pression sur une période de 20 à 30 minutes. La pente (variation de la pression par rapport au temps) est une mesure de la vitesse d’osmose. En représentant graphiquement la concentration en fonction de la pente, vous pouvez déterminer la concentration à laquelle la pente est nulle (c’est-à-dire lorsque le potentiel hydrique des cellules de la pomme de terre est égal au potentiel hydrique de la solution de saccharose). Je n’ai pas essayé cette méthode sans les sondes, mais vous pouvez également l’utiliser avec des pipettes graduées à passage très étroit. La procédure présente quelques problèmes que j’essaie encore de résoudre. Je ne peux pas dire qu’elle fonctionne toujours proprement, mais elle ne prend pas 24 heures. J’ai quelques idées pour la nettoyer. »
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 10/23/00

Idées de laboratoire alternatives

Laboratoire d’osmose des œufs

Question : « J’ai entendu dire que des enseignants utilisaient des œufs pour démontrer les principes osmotiques. Est-ce que quelqu’un a des activités de laboratoire ou des démos traitant de cela ? »

Réponse 1 : « J’ai une merveilleuse référence à ce laboratoire provenant du Journal of College Science Teaching, Nov. 1985. Je crois que c’est une publication de la NSTA ? Elle s’intitule ‘Osmosis and the Marvelous Membrane’ et traite de l’utilisation d’œufs décalcifiés pour démontrer l’osmose. Je demande à mes enfants de détartrer des œufs dans du vinaigre pendant 48 heures, puis je leur donne quatre solutions inconnues (distillée, saccharose 0,5 M, saccharose 1 M et saccharose 2 M). Ils massent leurs œufs, les mettent dans les solutions, et les massent à nouveau toutes les 10 ou 15 minutes pendant 1,5 heure. Ce laboratoire fonctionne très bien ! Il peut également fonctionner dans une période de 45 minutes si les enfants reviennent à l’heure du déjeuner ou plus tard pour les masser après la classe. Ils tracent ensuite le pourcentage de changement de masse en fonction du temps. Ils doivent également calculer la molarité de l’œuf ; cela donne généralement environ 0,8 M.

L’article que j’ai référencé ci-dessus recommande d’utiliser des solutions de glucose, mais j’ai trouvé que le saccharose fonctionne aussi bien et est beaucoup moins cher. L’article dit aussi que les solutions de NaCl donnent des résultats bizarres, peut-être à cause des ions de sel qui modifient la membrane d’une manière ou d’une autre.

Soyez sûr d’avoir des œufs supplémentaires à portée de main car il y a toujours cet étudiant qui finit par avoir de l’œuf sur la main. J’ai placé trois douzaines d’œufs dans un gallon de vinaigre pendant la nuit, et j’ai remplacé le vinaigre le jour suivant. Les œufs étaient prêts à être utilisés le troisième jour. »
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 20/10/99

Réponse 2 : « Un autre voyage latéral avec les œufs – une fois que vous avez terminé les traitements au sel ou au sucre – est de les placer dans différents types de teinture pendant la nuit :

• bleu de méthylène
• colorant Rit
• colorant alimentaire

Chacun a un taux de diffusion différent (diffuse à différentes profondeurs dans l’œuf) – faites bouillir et coupez en deux pour voir les différences. Il n’est cependant pas recommandé de les manger ! »
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 10/19/99

Réponse 3 : « Depuis 30 ans, j’utilise le laboratoire des œufs comme super démonstration ou comme activité individuelle. Il fait comprendre l’action de nos propres cellules à l’aide d’une cellule animale familière que les élèves peuvent voir. Les instructions sont très simples. Vous ajoutez la chimie, les pressions, etc. Faites tremper/immergez un œuf de poule cru dans du vinaigre blanc (la variété la moins chère du commerce fonctionne le mieux) pendant 24 à 48 heures pour éliminer la coquille de carbonate de calcium. La coquille se corrodera immédiatement et de nombreuses petites bulles se formeront autour de la surface, ce qui laisse le temps de discuter de la chimie de base et de l’action des acides et des composés métalliques. La membrane peut être recouverte de sels de calcium solubles à la fin de cette période – lavez-la doucement pour l’enlever, ce qui vous permettra de voir la membrane translucide. A ce stade, vous pouvez vous rendre compte de la nécessité de préparer quelques œufs de secours ! Séchez-les en tapotant et massez-les. Vous voudrez peut-être prendre d’autres mesures comme la circonférence, le volume par déplacement d’eau, etc. Placez l’œuf dans un volume connu d’eau distillée (150 ml) dans un bécher propre de 250 ml. Recueillez à nouveau toutes les données que vous jugez appropriées ou demandez aux élèves de concevoir leur propre laboratoire (une opportunité pour le constructivisme et les 3P). Attendez 24 heures ou toute la nuit. Retirez l’œuf avec précaution ; séchez-le en le tapotant et mesurez le gain de masse de l’eau. Comparez avec le volume perdu dans le bécher. Osmose à travers une membrane sélectivement perméable. Vous pouvez demander aux élèves de casser l’œuf dans une boîte de Pétri et d’évaluer la consistance du blanc. Une alternative ou un laboratoire complémentaire consiste à prendre un deuxième œuf. Retirez la coquille et la masse. Le placer dans du sirop Karo (fructose liquide) blanc à 100 %. Laissez reposer toute la nuit. Retirez l’œuf, lavez-le rapidement, séchez-le et massez-le. Comparez le nouveau volume dans le bécher et la masse perdue. Si les élèves sont attentifs, vous devriez remarquer une certaine stratification due aux différences de densité. Les résultats sont assez spectaculaires et peuvent être inversés en plaçant l’œuf dans de l’eau distillée. Vous et vos élèves pouvez rendre ce laboratoire aussi complexe ou simple que vous le souhaitez. C’est également un bon endroit pour revoir la structure de l’œuf amniotique. »
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99