Általános áttekintés

Kommentár: “A víz valóban csak átcsúszik a membránon más kis, poláros molekulákkal, például az etanollal és a karbamiddal együtt. A nagyobb vagy töltött vízben oldódó anyagoknak fehérjehordozóra van szükségük. A zsíracil-maradékok nem taszítják a vizet, de nem is vonzzák. Igaz, hogy mivel polárisak, a víz jobban vonzódik a membrán azonos oldalán lévő más vízmolekulákhoz, mint a kettősrétegben lévő szénhidrogénláncokhoz. Amikor a vízmolekulák “zsibonganak”, néhányuk egyszerűen átcsúszik. A fehérje pórusok és hordozók nem játszanak szerepet, és valójában a víz átdiffundál egy mesterséges lipid kettősrétegen, amelyben még fehérjék sincsenek. Nem diffundál olyan gyorsan, mintha a lipid kettősréteg nem lenne ott, de meglehetősen könnyen diffundál. Most vízben oldódó anyagokat említesz, ami poláros és töltött molekulákra utal. Néhány vízben oldódó anyaghoz valóban szükség van fehérjecsatornákra vagy akár hordozókra (szivattyúknak nevezzük őket, ha anyagcsere energiát igényelnek). A nagyobb poláros molekulák nehezebben jutnak át, a töltött molekulák pedig még nehezebben jutnak át, még ha kicsik is (pl. ionok). Annak oka, hogy az ionok nehezen jutnak át, azzal függ össze, hogy hidratálttá válnak (vízmolekulák veszik körül őket, amelyek ellentétes töltésű végei kapcsolódnak a töltött ionhoz). Tehát nem az iont önmagában kell nézni (ami kicsi lehet), hanem az egész hidratációs gömböt, ami valószínűleg nagy. Az ionok általában membránfehérjéket igényelnek az átjutáshoz, akárcsak a nagyobb poláris molekulák.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 11/3/99

Készülék- és ellátási módosítások

Tipp: “Dialíziscsövekhez a legolcsóbb műanyag szendvicstasakokat használtam. Elég jól működnek.”
-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 9/9/99

Tipp:

Tippek: 9/9/99

Tippek: 1: “Két tippet szeretnék átadni. (Viszonylag) új tanár vagyok, és ez a két legutóbbi felfedezés egy kicsit megkönnyítette a dolgomat. Először is, veszek spray keményítőt, olyat, mint amilyet vasaláshoz használsz. Elmúltak azok az idők, amikor a keményítőt melegíteni kellett, hogy feloldódjon. Csak addig permetezzük a keményítőt egy lombik vízbe, amíg úgy gondoljuk, hogy elég. Soha nem mérek, és nagyszerűen működik! Másodszor, egy gyors Benedek-teszt eredményéhez dugd be a mikrohullámú sütőbe körülbelül két-öt másodpercre; az eredmények ismét nagyszerűek. Sokkal jobb, mint a tesztcsíkok. Remélem, legalább 10 percet lefaragtam a laboratóriumi előkészületek idejéből. Minden perc számít!”
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Tipp: “Próbálja ki a lila hagymát a laborban – működik – csak győződjön meg róla, hogy van néhány pigmentált sejtje. Nagy a különbség a dH20 és a sóoldat között. Ha nem akarod keverni a sóoldatot, és van sósvizes akváriumod, csak vegyél egy kis pohár vizet az akváriumból. Ez jól működik.”
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, Észak-Karolina. 10/14/99

Tipp: “A labor utolsó részéhez a hagyma helyett a Rhoeo discolor nevű növényt használom. Levelei alul lilásak, és a lila epidermális réteg könnyen leválik a levél többi részétől. Nagyon könnyen termeszthető (úgy tűnik, hogy az ügyes elhanyagolástól boldogul!) egy cserépben az ablakpárkányon. Kertészeti központban kell kaphatónak lennie. Nagyon gyakori növény – Észak-Texas környékén használják talajtakarónak – bárcsak meg tudnám mondani a nevét; a vándorló zsidóra emlékeztet, de nagyobb, kevésbé szőrös levelekkel.”
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 10/15/99

Kérdés: “Tegnap elmentem a gyógyszertárba, hogy glükóz tesztcsíkokat vegyek, és sokféle lehetőség volt. A tanári kézikönyvben felsorolt márkák közül egyiket sem találtam. Számít a márka? A vizeletcukor tesztcsíkokat vagy a vércukor tesztcsíkokat veszed? Ezek nagyon drágák, és nem akartam rossz fajtát venni.”

Válasz 1: “Kérje meg a gyógyszerészét, hogy mentse el Önnek a lejárt szavatosságú vizelet tesztcsíkokat. Gyakran adnak árengedményt, ha elmondja, hogy tanár, és hogy a tesztcsíkok lejártak.”
-Franklin M. Bell, St. Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Válasz 2: “Én mindig a Frey Scientific-től veszem a glükóz tesztcsíkokat. Jól működnek dialízisvizsgálathoz, és nem mutatnak hamis pozitív eredményt jód jelenlétében. Szimulált vizeletvizsgálathoz is használom őket, és sokkal jobb eredményeket kapok, mint a gyógyszeripari mérőlapok.”
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, Észak-Karolina. 10/10/99

Tipp: “Jegyezd fel jövőre: használj Benedict-oldatot a tesztcsíkok helyett a cukrok jelenlétének vizsgálatához a zacskón kívül. Csak adj a főzőpohárban lévő folyadékból egy keveset egy kémcsőbe, amelyben ugyanannyi Benedict-oldat van. Keverje össze, és óvatosan melegítse vízfürdőben 5-10 percig. Pozitív eredményt kell kapnia – a kék Benedict-kék teszt rozsdás (narancssárga/piros) lesz, ha glükóz van jelen. A múlt héten végeztem el a labort, és nagyszerű eredményeket kaptam a Benedict’s használatával.”
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Labor előtti előkészületek

Az eljárás módosítása

Kérdés:

Válasz 1: “Van-e valamilyen alternatívája a magfúró módszerének a burgonyaminták kinyerésére?”

Válasz 1: “Ahelyett, hogy dugófúrót használnánk a burgonyából készült hengerek készítéséhez, próbáljunk meg egy hasábburgonyavágót használni, hogy egyszerre sok egyforma darabot készítsünk a nyers burgonyából. Az egyik diákomnak ez jutott eszébe!”
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 10/24/00

Válasz 2: “… Ha nincs sültkrumpli-készítőd, akkor egyszerűen magad is felszeletelheted őket. Én már évekkel ezelőtt lemondtam a dugófúróról, és egyszerűen fogok egy jó konyhakést, és nagyjából egyforma “pálcikákra” vágom a krumplit, körülbelül az előírt méretre. Ez működik, és ezt tartom az egyik legmegbízhatóbb labornak. Ez is megerősíti azt a következtetésemet (amit mindig elmondok a gyerekeknek), hogy a főzés megtanulása remek gyakorlat a laboratóriumhoz – sok készség átvihető!”
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, Észak-Karolina. 10/28/00

Válasz 3: “Úgy tapasztaltam, hogy nagyon nehéz úgy csinálni ezt a labort, ahogy meg van írva. Vékony burgonyaszeleteket használok a magok helyett, és igyekszem úgy 20 g burgonyával végezni. Amint elkezdtem így csinálni, úgy működik, mint a karikacsapás. Szerintem ennek két oka van: (1) sokkal nagyobb a burgonya tömege, és így sokkal kisebb a hibák aránya a tömegmérésnél; (2) nem esik le annyi apró burgonyadarab, ami csökkenti a tömeget.”
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 10/19/00

Tipp: “Francia mandolint használtam a burgonyarudak felszeleteléséhez az 1C laborhoz, és nagyszerű eredményeket kaptam (R négyzet = 0,996). Az egyik csapatomnál a ‘gofriszelet’ technikát használtam, és ‘gofriszeleteket’ készítettem, amelyeket aztán egy kis tányérral ‘lyukasztottam’, hogy egyenletes méretű ‘gofriszeleteket’ készítsek. Az eredmény az volt, hogy a hipotóniás oldatokban lévő korongok kitágultak, a hipertóniás oldatokban lévő korongok pedig eltúlzott módon összehúzódtak, amit az adatok csak megerősítettek. Úgy tűnik, hogy a megnövekedett felület volt a felelős.”
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 11/17/00

Problémakeresés és tisztítás

Tipp: “Az ozmózis/diffúziós labor mai vezetése közben a diákjaim érdekes felfedezést tettek. A jódoldat reakcióba lépett a glükóz tesztcsíkokkal (Carolina Biological ozmózis laboratóriumi pótkészlet) és elszíneződött, ami pozitív glükózreakciót jelzett. A diákok azt akarták tudni, hogyan tudják megállapítani, hogy a dializáló zsákból diffundált-e ki a glükóz, mivel a jód a főzőpohár oldatában már pozitív tesztet adott. Hasonlóképpen, a kísérlet végén, amikor a jód a dializáló zsákba diffundált, azt akarták tudni, hogyan tudják kimutatni, hogy a glükóz távozott (amit a glükóz tesztcsíkok csökkent színreakciója jelez). Végül egy jód nélküli dializáló zsákot futtattunk, így a glükózt önmagában is ki tudtuk mutatni, de ha a laboratóriumot a leírtak szerint követed, akkor ezt a problémát figyelembe kell venned.”
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Labor elvégzése szondák és számítógépek/számológépek használatával

Kérdés: “Van valakinek egy “egyszerűbb” vagy módosított ozmózis laboratóriumi eljárása? Olyat, amelyet egyetlen nap alatt el lehet végezni?”

Válasz 1: “Használjunk egy nagy, parafa fúrót és egy nagy (hosszú) burgonyát. Csavaró mozdulattal dugja be a parafa fúrót egészen a burgonyába hosszában. Mivel ezt több burgonyán kell elvégeznie, az ötlet az, hogy minden burgonyához ugyanolyan méretű fúrót használjon. Nem szabad teljesen átmennie a burgonyán (vagy akár csak közel sem). Ha kihúzza a fúrót, a hengeres darab a burgonyához marad. Ha azonban egy szikét helyez a burgonyafúró hátsó végébe, és összecsavarja a fúrót és a szikét, a burgonya hengeres darabja elcsavarodik és végül elpattan. Húzza ki a fúrót, és mintha egy pezsgősüveget pukkasztana fel, a burgonyahenger ki fog jönni. Most már van egy lyuk a burgonyán, és ha ezt több burgonyával megismétli, akkor EGYENLŐ méretű lyukak lesznek a burgonyán. Öblítse ki mindegyiket csapvízzel, hogy a felesleges keményítőszemcsék, amelyek a durva eljárás során felszabadultak, kiszabaduljanak a lyukakból. A burgonya most már készen van. Töltsön mindegyikbe különböző koncentrációjú szacharózt: 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 és 1,0. Egy #2-es dugót használva egy fordított pipettával óvatosan csavarja be a dugót a burgonyába. Ne erőltesse túl erősen, különben a burgonya elszakad (és így használhatatlan lesz). Légmentes kapcsolatot kell kapnia. Én általában egy 600 ml-es főzőpohárba teszem, és a parafát biztonságosan leragasztom. Csatlakoztasson egy Vernier gáznyomás-érzékelőt (CBL vagy számítógépes) a pipettához, és mérje a nyomásváltozást 20-30 perc alatt. A meredekség (a nyomás változása az időbeli változáshoz képest) az ozmózis sebességének mérőszáma. A koncentráció és a meredekség grafikonjának segítségével meghatározható az a koncentráció, amelynél a meredekség 0 (azaz ahol a burgonyasejtek vízpotenciálja megegyezik a szacharózoldat vízpotenciáljával). Ezt még nem próbáltam ki szondák nélkül, de nagyon keskeny furatú mérőpipettákkal is beköthetjük. Az eljárásnak van néhány buktatója, amit még próbálok megoldani. Nem mondhatom, hogy mindig tisztán működik, de nem tart 24 óráig. Van néhány ötletem a tisztítására.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 10/23/00

Alternatív laborötletek

Tojás ozmózis labor

Kérdés: “Hallottam, hogy a tanárok tojást használnak az ozmotikus elvek bemutatására. Van valakinek ezzel foglalkozó laboratóriumi tevékenysége vagy demója?”

Válasz 1: “Van egy csodálatos hivatkozásom erre a laborra a Journal of College Science Teaching 1985. novemberi számából. Azt hiszem, hogy ez az NSTA kiadványa? A címe ‘Osmosis and the Marvelous Membrane’ (Ozmózis és a csodálatos membrán), és az ozmózis bemutatására használt mesztelenített tojásokkal foglalkozik. A gyerekeimmel 48 órán keresztül ecetben mesztelenítem a tojásokat, majd négy ismeretlen oldatot adok nekik (desztillált, 0,5M szacharóz, 1M szacharóz és 2M szacharóz). Tömörítik a tojásokat, beleteszik az oldatokba, és 1,5 órán keresztül 10-15 percenként újra tömörítik őket. A labor nagyszerűen működik! Egy 45 perces időszakban is működik, ha a gyerekek ebédidőben vagy később jönnek vissza, hogy óra után megmasszírozzák őket. Ezután a tömeg százalékos változását az idő függvényében ábrázolják. Ki kell számolniuk a tojás molaritását is; ez általában 0,8M körül szokott lenni.

A fent említett cikk a glükózoldatok használatát ajánlja, de én azt tapasztaltam, hogy a szacharóz is működik, és sokkal olcsóbb. A cikk azt is írja, hogy a NaCl-oldatok furcsa eredményeket adnak, valószínűleg azért, mert a sóionok valahogy módosítják a membránt.

Mindenképpen legyen kéznél extra tojás, mert mindig van egy diák, akinek a végén tojás marad a kezén. Én három tucat tojást egy gallon ecetbe tettem egy éjszakára, és másnap kicseréltem az ecetet. A tojások a harmadik napon készen álltak.”
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 10/20/99

Válasz 2: “Egy másik mellékküldetés a tojásokkal – miután befejezted a só- vagy cukorkezelést -, hogy egy éjszakára különböző festékekbe tedd őket:

• metilénkék
• Rit festék
• élelmiszerfesték

Mindegyiknek más a diffúziós sebessége (különböző mélységbe diffundál a tojásban) – főzd meg és vágd félbe, hogy lásd a különbségeket. Evésre azonban nem ajánlott!”
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 10/19/99

Válasz 3: “30 éve használom a tojáslaboratóriumot szuper demonstrációként vagy egyéni tevékenységként. Ez a saját sejtjeink működését egy olyan ismerős állati sejt segítségével teszi érthetővé, amelyet a tanulók láthatnak. Igazán leegyszerűsített utasítások következnek. Hozzáadjuk a kémiát, a nyomást stb. Áztassunk/merítsünk be egy nyers tyúktojást fehér ecetbe (a legolcsóbb bolti fajta a legjobb) 24-48 órára, hogy eltávolítsuk a kalcium-karbonátos héjat. A héj azonnal korróziót fog mutatni, sok kis buborék képződik a felület körül – ez időt ad egy jó megbeszélésre az alapvető kémiáról és a savak és fémvegyületek hatásáról. Ennek az időnek a végén a membránt oldható kalciumsók boríthatják – óvatosan mossuk le, hogy eltávolítsuk, ami lehetővé teszi, hogy áttetsző membránt lássunk. Ezen a ponton rájöhet, hogy szükség van néhány tartalék tojás előkészítésére! Szárítsuk meg és masszírozzuk. Érdemes lehet még néhány egyéb mérést végezni, mint például a kerület, térfogat vízkiszorítással stb. Helyezze a tojást ismert mennyiségű desztillált vízbe (150 ml) egy tiszta 250 ml-es főzőpohárba. Ismét gyűjtsön össze minden olyan adatot, amelyet megfelelőnek tart, vagy terveztesse meg a tanulókkal a saját laboratóriumukat (ez lehetőséget ad a konstruktivizmusra és a 3P-kre). Várjon 24 órát-éjszakát. Óvatosan vegye ki a tojást; törölje szárazra, és a tömeggyarapodás a víz. Hasonlítsuk össze a főzőpohárban elveszített térfogattal. Ozmózis szelektíven áteresztő membránon keresztül. A tanulókkal petri-csészébe törethetjük a tojást; értékeljük a fehérje állagát. Alternatív vagy kísérő laboratóriumként egy második tojást is vehetünk. Távolítsuk el a héjat és a tömeget. Tegyük 100 százalékos fehér Karo szirupba (folyékony fruktóz). Hagyjuk állni egy éjszakán át. Vegye ki a tojást, mossa meg gyorsan, szárítsa meg és masszírozza. Hasonlítsa össze a főzőpohárban lévő új térfogatot és az elveszített tömeget. Ha a tanulók óvatosak, észre kell vennie némi rétegződést a sűrűségkülönbségek miatt. Az eredmények itt meglehetősen drámaiak, és visszafordíthatók, ha a tojást desztillált vízbe helyezzük. Ön és a tanulók ezt a laboratóriumot olyan bonyolulttá vagy egyszerűvé tehetik, amilyenné csak akarják. Ez egyúttal jó alkalom a magzatburok szerkezetének áttekintésére is.”
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99