Generale

Commento: “L’acqua scivola attraverso la membrana insieme ad altre piccole molecole polari come l’etanolo e l’urea. Le sostanze idrosolubili più grandi o cariche richiedono un vettore proteico. I residui acilici grassi non respingono l’acqua, ma non la attraggono nemmeno. È vero che essendo polare, l’acqua è più attratta da altre molecole d’acqua sullo stesso lato della membrana che dalle catene di idrocarburi che si trovano nel bilayer. Quando le molecole d’acqua stanno “ronzando” in giro, alcune di loro scivolano attraverso. I pori e i trasportatori proteici non sono coinvolti e infatti l’acqua si diffonderà attraverso un bilayer lipidico artificiale, che non ha nemmeno proteine. Non si diffonderà così rapidamente come se il bilayer lipidico non ci fosse, ma si diffonderà piuttosto facilmente. Ora lei parla di sostanze solubili in acqua, il che si riferisce a molecole polari e cariche. Alcune sostanze solubili in acqua richiedono canali proteici o anche trasportatori (chiamati pompe se richiedono energia metabolica). Le molecole polari più grandi fanno più fatica a passare e le molecole cariche fanno ancora più fatica a passare, anche se sono piccole (cioè gli ioni). La ragione per cui gli ioni hanno difficoltà a passare ha a che fare con il fatto che diventano idratati (circondati da molecole d’acqua le cui estremità con carica opposta si legano allo ione carico). Quindi non si può guardare lo ione da solo (che può sembrare piccolo), ma l’intera sfera di idratazione che probabilmente è grande. Gli ioni generalmente richiedono proteine di membrana per passare, come le molecole polari più grandi.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 11/3/99

Modifiche di attrezzature e forniture

Suggerimento: “Per i tubi della dialisi, ho usato i più economici sacchetti di plastica per panini. Funzionano abbastanza bene”
-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 9/9/99

Suggerimenti: “Due consigli che vorrei trasmettere. Sono un (abbastanza) nuovo insegnante e queste ultime due scoperte hanno reso le cose un po’ più facili. Primo, compro l’amido spray, come quello che si usa per stirare. Sono finiti i giorni in cui si doveva riscaldare l’amido per scioglierlo. Basta continuare a spruzzare l’amido in una fiaschetta d’acqua finché non si pensa che ce ne sia abbastanza. Io non misuro mai e funziona benissimo! In secondo luogo, per un rapido risultato del test di Benedict, mettetelo nel microonde per circa due o cinque secondi; ancora una volta i risultati sono ottimi. Molto meglio delle strisce reattive. Spero di averti tolto almeno 10 minuti dal tempo di preparazione del laboratorio. Ogni minuto conta!”
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Suggerimento: “Prova ad usare la cipolla viola per il laboratorio – funziona – assicurati solo che abbia delle cellule pigmentate. Le differenze con dH20 e la soluzione salina sono grandi. Se non vuoi mescolare la soluzione salina e hai un acquario di acqua salata, prendi solo un piccolo becher di acqua dalla vasca. Funziona bene.”
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, North Carolina. 10/14/99

Suggerimento: “Uso una pianta chiamata Rhoeo discolor invece della cipolla per fare l’ultima parte del laboratorio. Le sue foglie sono viola sul lato inferiore e lo strato epidermico viola si stacca facilmente dal resto della foglia. È molto facile da coltivare (sembra prosperare su un’abile trascuratezza!) in un vaso su un davanzale. Dovrebbe essere disponibile in un centro di giardinaggio. E’ una pianta molto comune, usata come copertura del terreno nel Texas settentrionale – vorrei potervi dire il nome comune; mi ricorda l’ebreo errante, ma con foglie più grandi e meno pelose.”
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 15/10/99

Domanda: “Ieri sono andata in farmacia per comprare delle strisce per il test del glucosio e c’erano molte possibilità. Non ho trovato nessuna delle marche elencate nella Guida per l’insegnante. Ha importanza la marca? Compri le strisce per il test del glucosio nelle urine o quelle per il test del glucosio nel sangue? Sono molto costose, e non volevo comprare il tipo sbagliato.”

Risposta 1: “Chiedi al tuo farmacista di mettere da parte le strisce per il test delle urine scadute. Spesso ti faranno uno sconto se gli dici che sei un insegnante e che le strisce sono scadute.”
-Franklin M. Bell, St. Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Risposta 2: “Prendo sempre le mie strisce per il test del glucosio da Frey Scientific. Funzionano bene per i test di dialisi e non mostrano un falso positivo in presenza di iodio. Le uso anche per la simulazione delle analisi delle urine e ottengo risultati molto migliori dei dipsticks farmaceutici.”
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, North Carolina. 10/10/99

Suggerimento: “Prendi nota per il prossimo anno: usa la soluzione di Benedict invece delle strisce per testare la presenza di zuccheri fuori dalla borsa. Basta aggiungere un po’ del liquido nel becher a una provetta che ha una quantità uguale di Benedict. Mescolare e riscaldare delicatamente in un bagno d’acqua per 5-10 minuti. Dovresti ottenere un test positivo: il Benedict blu diventerà arrugginito (arancione/rosso) se è presente il glucosio. Ho fatto il laboratorio la settimana scorsa e ho ottenuto ottimi risultati usando il Benedict”
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Pre-Lab Preparations

Modifiche della procedura

Questione: “C’è qualche alternativa al metodo della sonda per ottenere campioni di patate?”

Risposta 1: “Invece di usare una sonda per fare cilindri di patate, prova a usare un cutter per patatine fritte per fare molti pezzi uniformi di patate crude in una volta sola. Uno dei miei studenti ci ha pensato!”
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 10/24/00

Risposta 2: “… Se non hai una macchina per patate fritte, puoi semplicemente affettarle da solo. Ho rinunciato alla foratrice anni fa, e semplicemente prendo un buon coltello da cucina e taglio le patate in “bastoncini” approssimativamente uniformi della dimensione richiesta. Questo funziona, e lo considero uno dei laboratori più affidabili. Rafforza anche la mia conclusione (che dico sempre ai ragazzi) che imparare a cucinare è un ottimo allenamento per il laboratorio – molte delle abilità si trasferiscono!”
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, North Carolina. 10/28/00

Risposta 3: “Ho scoperto che è molto difficile fare questo laboratorio come è scritto. Uso fette sottili di patata invece dei torsoli, e cerco di finire con circa 20 g. di patata. Una volta che ho iniziato a farlo in questo modo, funziona a meraviglia. Penso che questo sia per due motivi: (1) Hai una massa di patate molto più grande e quindi hai una percentuale molto più bassa di errori nella messa in massa; (2) non hai tanti piccoli pezzi di patate che cadono e riducono la massa.”
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 19/10/00

Suggerimento: “Ho usato una mandolina francese per affettare i bastoncini di patata per il laboratorio 1C e ho ottenuto ottimi risultati (R quadrato = 0,996). Per una delle mie squadre ho usato la tecnica del ‘waffle cut’ e ho prodotto ‘waffle chips’, che ho poi ‘forato’ con un piccolo piatto per produrre ‘waffle discs’ di dimensioni uniformi. Il risultato è stato che i dischi nelle soluzioni ipotoniche si sono espansi e i dischi nelle soluzioni ipertoniche si sono contratti in modo esagerato solo per essere confermato dai dati. Sembra che l’aumento della superficie sia stato responsabile.”
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 11/17/00

Trouble Shooting and Cleanup

Tip: “Mentre eseguivo il laboratorio di osmosi/diffusione oggi, i miei studenti hanno fatto una scoperta interessante. La soluzione di iodio ha reagito con le strisce di test del glucosio (kit di ricambio del laboratorio di osmosi Carolina Biological) e ha assunto un colore che indica una reazione positiva al glucosio. Gli studenti volevano sapere come potevano determinare se il glucosio si fosse diffuso dal sacchetto di dialisi, dato che lo iodio nella soluzione del becher aveva già dato loro un test positivo. Allo stesso modo, alla fine dell’esperimento, quando lo iodio si era diffuso nel sacchetto di dialisi, volevano sapere come potevano rilevare che il glucosio era uscito (come indicato da una reazione di colore diminuito con le strisce di test del glucosio). Abbiamo finito per eseguire una sacca da dialisi senza iodio in modo da poter rilevare il glucosio da solo, ma se si segue il laboratorio come scritto, potrebbe essere necessario considerare questo problema.”
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Condurre il laboratorio usando sonde e computer/calcolatori

Domanda: “Qualcuno ha una procedura di laboratorio di osmosi ‘più semplice’ o modificata? Uno che può essere fatto in un solo giorno?”

Risposta 1: “Usare un grande foratore di sughero e una grande (lunga) patata. Usando un movimento rotatorio, inserisci la sonda di sughero fino in fondo nella patata nel senso della lunghezza. Dato che devi farlo su diverse patate, l’idea è di usare la stessa dimensione su ogni patata. Non devi andare fino in fondo (o anche solo vicino) alla patata. Se si estrae la sonda, il pezzo cilindrico di patata rimarrà attaccato alla patata. Tuttavia, se metti un bisturi all’estremità posteriore della sonda e giri sia la sonda che il bisturi insieme, il cilindro di patata si attorciglierà e alla fine si romperà. Tira fuori la sonda e, proprio come una bottiglia di champagne, il cilindro di patata uscirà. Ora hai un buco nella patata, e se ripeti questo con diverse patate, avrai dei buchi di dimensioni UNIFORME nelle patate. Risciacqua ogni patata con acqua di rubinetto per far uscire dai fori i grani di amido in eccesso, che sono stati rilasciati da questa procedura approssimativa. Le patate sono ora pronte. Riempire ciascuna con una diversa concentrazione di saccarosio: 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 e 1,0. Usando un tappo #2 con una pipetta rovesciata, gira delicatamente il tappo nella patata. Non forzare troppo o la patata si strapperà (e quindi sarà inutile). Dovreste ottenere un collegamento a tenuta d’aria. Di solito li metto in un becher da 600 mL e chiudo il tappo con del nastro adesivo. Attacca un sensore di pressione del gas Vernier (CBL o basato su computer) alla pipetta e misura il cambiamento di pressione su un periodo di 20-30 minuti. La pendenza (cambiamento di pressione su cambiamento di tempo) è una misura del tasso di osmosi. Tracciando un grafico della concentrazione rispetto alla pendenza si può determinare la concentrazione alla quale la pendenza è 0 (cioè, dove il potenziale idrico delle cellule della patata è uguale al potenziale idrico della soluzione di saccarosio). Non ho provato questo senza sonde, ma si può anche agganciare con pipette graduate a foro molto stretto. La procedura ha alcuni intoppi che sto ancora cercando di risolvere. Non posso dire che funziona sempre in modo pulito, ma non ci vogliono 24 ore. Ho alcune idee per migliorarla”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 10/23/00

Idee alternative di laboratorio

Laboratorio di osmosi delle uova

Domanda: “Ho sentito parlare di insegnanti che usano le uova per dimostrare i principi dell’osmosi. Qualcuno ha delle attività di laboratorio o dimostrazioni che trattano di questo?”

Risposta 1: “Ho un meraviglioso riferimento a questo laboratorio dal Journal of College Science Teaching, Nov. 1985. Credo che sia una pubblicazione della NSTA? Si chiama ‘Osmosis and the Marvelous Membrane’ e tratta di usare uova decalcificate per dimostrare l’osmosi. Faccio decalcificare le uova nell’aceto per 48 ore e poi do loro quattro soluzioni sconosciute (distillato, saccarosio .5M, saccarosio 1M e saccarosio 2M). Mettono in massa le uova, le mettono nelle soluzioni e le rimettono in massa ogni 10 o 15 minuti per 1,5 ore. Il laboratorio funziona benissimo! Funziona anche in un periodo di 45 minuti se i ragazzi tornano a pranzo o più tardi per metterle in massa dopo la lezione. Poi tracciano il cambiamento percentuale della massa rispetto al tempo. Devono anche calcolare la molarità dell’uovo; di solito esce circa .8M.

L’articolo a cui ho fatto riferimento sopra raccomanda di utilizzare soluzioni di glucosio, ma ho trovato che il saccarosio funziona altrettanto bene ed è molto più economico. L’articolo dice anche che le soluzioni di NaCl danno risultati strani, forse a causa degli ioni di sale che modificano la membrana in qualche modo.

Basta essere sicuri di avere uova extra a portata di mano, perché c’è sempre quello studente che finisce con l’uovo sulla mano. Ho messo tre dozzine di uova in un gallone di aceto durante la notte e ho sostituito l’aceto il giorno dopo. Le uova erano pronte il terzo giorno.”
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 10/20/99

Risposta 2: “Un altro viaggio secondario con le uova – una volta finito il trattamento con sale o zucchero – è quello di metterle in diversi tipi di coloranti durante la notte:

• blu di metilene
• tintura di Rit
• colorante alimentare

Ognuno ha un diverso tasso di diffusione (si diffonde a diverse profondità nell’uovo) – bollire e tagliare a metà per vedere le differenze. Non raccomandato per mangiare, comunque!”
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 10/19/99

Risposta 3: “Per 30 anni ho usato il laboratorio delle uova come super dimostrazione o come attività individuale. Porta a casa l’azione delle nostre cellule con una cellula animale familiare che gli studenti possono vedere. Seguono indicazioni molto semplici. Aggiungete la chimica, le pressioni, ecc. Immergete un uovo di gallina crudo nell’aceto bianco (la varietà più economica funziona meglio) per 24-48 ore per rimuovere il guscio di carbonato di calcio. Il guscio evidenzierà immediatamente la corrosione con molte piccole bolle che si formano intorno alla superficie – questo permette il tempo per una buona discussione sulla chimica di base e le azioni degli acidi e dei composti metallici. La membrana può essere coperta da sali di calcio solubili alla fine di questo tempo – lavare delicatamente per rimuovere, il che vi permetterà di vedere la membrana traslucida. A questo punto ci si può rendere conto della necessità di preparare alcune uova di riserva! Asciugare e massificare. Potreste voler prendere altre misure come la circonferenza, il volume per spostamento d’acqua, ecc. Mettete l’uovo in un volume noto di acqua distillata (150 mL) in un becher pulito da 250 mL. Raccogliete di nuovo tutti i dati che ritenete appropriati o chiedete agli studenti di progettare il loro laboratorio (un’opportunità per il costruttivismo e le 3P). Attendere 24 ore-notte. Rimuovere con cura l’uovo; tamponare e il guadagno di massa è l’acqua. Confrontare con il volume perso nel becher. Osmosi attraverso una membrana selettivamente permeabile. Potete chiedere agli studenti di rompere l’uovo in una capsula di Petri e valutare la consistenza del bianco. Un’alternativa o un laboratorio complementare è prendere un secondo uovo. Rimuovere il guscio e la massa. Mettere in sciroppo Karo bianco al 100% (fruttosio liquido). Lasciare riposare durante la notte. Rimuovere l’uovo, lavare rapidamente, asciugare, e la massa. Confrontare il nuovo volume nel becher e la massa persa. Se gli studenti sono attenti, si dovrebbe notare qualche stratificazione a causa delle differenze di densità. I risultati qui sono abbastanza drammatici e possono essere invertiti mettendo l’uovo in acqua distillata. Voi e i vostri studenti potete rendere questo laboratorio semplice o complesso come preferite. È anche un buon posto per rivedere la struttura dell’uovo amniotico.”
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99