General Overview

Comment: “水は、エタノールや尿素のような他の小さな極性分子と一緒に膜をすり抜けるだけである。 より大きな、あるいは帯電した水溶性物質は、タンパク質のキャリアを必要とする。 脂肪酸アシル残基は水をはじくことはないが、引き寄せることもない。 極性であるため、水は二重層にある炭化水素鎖よりも、膜の同じ側にある他の水分子に引き寄せられるのは事実である。 水分子が “ブンブン “と動いていると、中にはすり抜けてしまうものもあるんです。 タンパク質の孔やキャリアは関係なく、実際、タンパク質もない人工的な脂質二重層でも水は拡散していきます。 脂質二重層がない場合ほど早くは拡散しませんが、割と簡単に拡散します。 今、水溶性物質とおっしゃいましたが、これは極性を持った、電荷を持った分子のことですね。 水溶性物質の中には、タンパク質のチャネルやキャリア（代謝エネルギーを必要とする場合はポンプと呼ばれる）を必要とするものもあります。 極性の大きな分子は通りにくく、電荷を帯びた分子はたとえ小さくても通りにくい（つまりイオン）。 イオンが通りにくいのは、水和状態（反対電荷の両端が帯電したイオンと連結する水分子に囲まれる）になることと関係がある。 つまり、イオン単体（小さく見えるかもしれません）ではなく、大きく見えるであろう水和球全体を見ることができるのです。 イオンは一般に、大きな極性分子と同様に、膜タンパク質を通過する必要があります」
-ボブ・グッドマン（ニューヨーク市、ハンターカレッジ高等学校）。 1999年11月3日

Equipment and Supply Modifications

ヒント：「透析チューブには、一番安いプラスチック製のサンドイッチ袋を使っている。 5231>-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 99年9月9日

心得。 “私が伝えたい2つのヒント。 私は（かなり）新任の教師ですが、この2つの発見で少し楽になりました。 まず、私はアイロンに使うようなスプレー式の澱粉を買っています。 もう、片栗粉を熱して溶かす時代は終わりました。 水の入ったフラスコに片栗粉を十分と思うまで噴射し続けるだけです。 私は一度も計量したことがありませんが、とてもうまくいきました。 次に、ベネディクト試験の結果を素早く得るには、電子レンジで2～5秒加熱すればよいのです。 試験紙よりもずっと良い結果です。 実験準備の時間を少なくとも10分は短縮できたと思います。 1分1秒を大切に！」
-Sara Sagmeister、イリノイ州パークリッジ。 1999年10月6日

ヒント：「実験に紫タマネギを使ってみてください-うまくいきますよ-ただ、色素細胞があることを確認してください。 dH20と塩溶液の違いは大きいです。 もし、塩水を混ぜたくなく、海水水槽を持っているなら、水槽から小さなビーカーに水を汲んできてください。 よく効きますよ。」
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, North Carolina. 10/14/99

ヒント：「私は実験室の最後の部分をやるのに、タマネギの代わりにRhoeo discolorという植物を使っています。 その葉は裏側が紫色で、紫の表皮層は他の部分から簡単にはがせます。 窓辺の鉢植えで、とても育てやすい植物です（上手に放置しても育つようです！）。 ガーデンセンターで購入できるはずです。 この植物は、テキサス州北部でグランドカバーとして使われているとても一般的な植物で、一般名を教えてほしいのですが、ワンダリングジューを思い出させますが、葉が大きく、毛が少ないのが特徴です」
-マーシャ・スローン、クレバーン高校、テキサス州、クレバーン 10/15/99

質問です。 “私は昨日グルコーステストストリップを買うために薬局に行きましたが、多くの可能性がありました。 ティーチャーズガイドに掲載されている銘柄はどちらも見つかりませんでした。 ブランドは重要ですか？ 尿糖試験紙を買うか、血糖値試験紙を買うか？ 5783>

Answer 1: 「薬剤師に頼んで、古くなった尿検査用ストリップをとっておいてもらいましょう。 多くの場合、あなたが教師であることと、テストストリップの有効期限が切れていることを告げると、値段を下げてくれます。」
-Franklin M. Bell, St.Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

回答2：「私はいつもFrey Scientificからグルコーステストストリップを入手しています。 透析検査にも問題なく使えるし、ヨウ素の存在下で偽陽性を示すこともない。 5231>-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, North Carolina.回答: 「私は模擬尿検査にも使っていますが、医薬品の試験管よりずっと良い結果を得られます。 10/10/99

ヒント：「来年のためにメモしておこう：バッグの外の糖分の有無を調べるのに、テストストリップの代わりにベネディクト溶液を使うことだ。 ビーカーの中の液体の一部を、同量のベネディクト液を入れた試験管に加えるだけです。 混ぜた後、水浴で5～10分間静かに加熱する。 グルコースが存在する場合、青色のベネディクト液は錆びたような色（オレンジ/赤）に変わります。 私は先週この実験を行いましたが、ベネディクトを使うことで素晴らしい結果を得ることができました」
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Pre-Lab Preparations

Procedure Modifications

Question: “ジャガイモのサンプルを得るためのコアボーラー法に代わるものはありますか？”

回答1：”ジャガイモの円柱を作るためにコアボーラーを使う代わりに、フレンチフライカッターを使って一度にたくさんの均一な生ジャガイモの断片を作ってみてはいかがでしょう。 私の生徒の一人がそれを考えたのです！」
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 10/24/00

回答2：「・・・もしフレンチフライメーカーがなければ、自分でスライスすればいいんですよ。 私は何年も前にコルク・ボーラーをあきらめて、単に良い包丁を持って、ジャガイモをおおよその大きさの均一な「スティック」に切ります。 これはうまくいくし、私はこれをより信頼できる研究室の一つと考えています。 また、私がいつも子供たちに言っていることですが、料理の仕方を学ぶことは、研究室のための素晴らしいトレーニングになりますし、多くのスキルが引き継がれます！」
Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, North Carolina. 2000年10月28日

回答3：「私はこの実験が書かれている通りに行うのは非常に難しいことがわかりました。 私はジャガイモの芯の代わりに薄切りのジャガイモを使い、最終的に20g程度のジャガイモを使うようにしています。 この方法でやり始めると、とてもうまくいくようになりました。 これには2つの理由があると思います。 (1)ジャガイモの質量がずっと大きいので、質量の誤差がずっと小さくなる。(2)ジャガイモの小さな破片がたくさん落ちて質量が減ることがない。」
-エド・マクダニエルズ、ミシガン州グランドヴィル高校 10/19/00

ヒント：「私は1Cラボでポテトスティックをスライスするのにフレンチマンドリンを使い、素晴らしい結果を得ました（R2乗=0.996）。 私のチームの1つでは、「ワッフルカット」の技法を使い、「ワッフルチップ」を作り、それを小皿で「パンチ」して、均一な大きさの「ワッフルディスク」を作りました。 その結果、低張液に浸したディスクは膨張し、高張液に浸したディスクは収縮するという大げさな結果になったが、それはデータでも裏付けられている。 表面積の増加が原因だったようです」
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 11/17/00

Trouble Shooting and Cleanup

ヒント：「今日浸透・拡散実験をしていて生徒が面白い発見をした。 ヨウ素溶液がグルコーステストストリップ（カロライナバイオロジカル浸透ラボ交換キット）に反応し、グルコース反応が陽性であることを示す色に変わりました。 生徒たちは、ビーカー溶液のヨウ素がすでに陽性反応を示したので、透析バッグからグルコースが拡散したかどうかをどうやって判断するのか知りたがったのです。 同様に、実験の最後にヨウ素が透析バッグの中に拡散したとき、グルコースが残ったことをどのようにして検出できるかを知りたがっていました（グルコーステストストリップの色の反応が弱くなることで示される）。 私たちは結局、ヨウ素を含まない透析バッグを使用したので、それだけでブドウ糖を検出することができましたが、もし書かれているとおりに実験室に従えば、この問題を考慮する必要があるかもしれません」
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

プローブとコンピュータ/電卓を使った実験室の実施

質問です。 どなたか「より簡単な」または修正した浸透圧実験手順をお持ちの方はいらっしゃいませんか。 5783>

Answer 1: “大きなコルク栓と大きな（長い）ジャガイモを使います。 ねじりながら、ジャガイモの縦方向にコルク栓を差し込みます。 数個のジャガイモに行うので、それぞれのジャガイモに同じサイズのボーラーを使うのがコツです。 このとき、ジャガイモを突き破ってはいけない。 穴あけ器を抜くと、ジャガイモの円筒形の部分がジャガイモにくっついたままになってしまいます。 しかし、ポテトボーラー後端にメスを入れ、ボーラーとメスの両方をねじると、ポテトの円柱はねじれ、最後には折れてしまいます。 ポテトボーラーを引き抜くと、シャンパンのボトルを開けるように、ポテトの円柱が外に出てきます。 これでジャガイモに穴が開きました。これを数個のジャガイモで繰り返すと、ジャガイモにユニフォームサイズの穴が開くことになります。 この大まかな手順で出た余分なデンプン粒を穴から出すために、それぞれを水道水で洗い流しましょう。 これでジャガイモは完成です。 それぞれに異なる濃度のスクロースを充填する。 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, そして 1.0。 2番の栓を逆さピペットで、そっとジャガイモにねじ込みます。 無理にねじ込むと、ポテトが破れてしまう（つまり使い物にならない）ので、無理にねじ込まない。 気密性の高い接続が得られるはずです。 私は通常、600mLビーカーに入れ、コルクをテープでしっかりと固定します。 ピペットにバーニア式ガス圧センサー（CBLまたはコンピュータベース）を取り付け、20〜30分の圧力変化を測定する。 傾き（時間に対する圧力の変化）が、浸透率の指標となる。 濃度対傾きをグラフにすると、傾きが0になる濃度（ジャガイモの細胞の水ポテンシャルとスクロース溶液の水ポテンシャルが等しくなる濃度）を求めることができます。 プローブなしで試したことはありませんが、非常に細い内径の目盛り付きピペットを使って接続することも可能です。 この手順にはいくつか難点があり、私はまだ解決しようとしています。 常にきれいに動作しているとは言えませんが、24時間かかるわけではありません。 私はこれを改善するためのいくつかのアイデアを持っています」
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 10/23/00

Alternative Lab Ideas

Egg Osmosis Lab

Question: “浸透圧の原理を示すために卵を使う先生の話を聞いたことがあります。 どなたかこれを扱った実験活動やデモをお持ちですか？”

回答1：「Journal of College Science Teaching, Nov. 1985からこの実験への素晴らしい参考文献があります。 これはNSTAの出版物ではないでしょうか？ Osmosis and the Marvelous Membrane」というタイトルで、脱灰した卵を使って浸透圧を実証することが扱われています。 私は子供たちに卵を酢で48時間脱灰させ、それから4つの未知の溶液（蒸留水、0.5Mショ糖、1Mショ糖、2Mショ糖）を与えます。 子供たちは卵をつぶして溶液に入れ、10分か15分おきにまたつぶして、1時間半ほど続けます。 この実験室はとてもうまくいっています。 また、子供たちが昼食時または授業後に卵をつぶすために戻ってくれば、45分の授業でうまくいくでしょう。 そして、質量変化率を時間に対してプロットします。

上記の記事ではグルコース溶液の使用を推奨していますが、私はスクロースも同様に機能し、より安価であることを発見しました。

ただ、卵を手につけてしまう生徒が常にいるので、余分な卵を用意しておくとよいでしょう。 私は3ダースの卵を1ガロンの酢に一晩入れ、次の日に酢を入れ替えました。 卵は3日目には出来上がりました。」
-フランクリン・ベル（テキサス州サンアントニオ、セント・メリーズ・ホール）。 1999年10月20日

回答2：「塩や砂糖の処理を終えた卵を、別の種類の染料に一晩浸けておくという方法もありますよ。

• メチレンブルー
• 岩塩
• 食用色素

それぞれ拡散速度（卵の中の深さまで拡散する）が違うので、茹でて半分に切って違いを見てみてください。 ただし、食べるのにはお勧めしません！」
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt.Holly, New Jersey. 10/19/99

回答3：「30年間、私は卵ラボをスーパーデモンストレーションとして、あるいは個人の活動として使ってきました。 生徒が見ることのできる身近な動物の細胞を使って、私たち自身の細胞の働きを理解させることができるのです。 実にシンプルな指示が続きます。 化学反応や圧力などを加えるだけです。 生の鶏卵を白酢(市販の最も安い酢)に 24 時間から 48 時間浸し、炭酸カルシウムの殻を取り除きます。 殻はすぐに腐食し、表面に小さな気泡がたくさんできます。このとき、基本的な化学反応や酸および金属化合物の作用について、じっくりと話し合うことができます。 この時点で、膜は可溶性のカルシウム塩で覆われているかもしれません。優しく洗って取り除くと、半透明の膜を見ることができます。 この時点で、予備の卵を用意する必要性に気づくかもしれませんね 乾燥させ、マスキングします。 円周率、水置換による体積など、他の測定も行っておくとよいでしょう。 250 mL のビーカーに入れた既知の蒸留水（150 mL）の中に卵を入れます。 再度、適切と思われるデータを収集するか、または生徒に独自の実験計画を立てさせます(構成主義および3Pの好機です)。 24時間～一晩待つ。 卵を慎重に取り出し、水分を拭き取り、質量が水になるようにします。 ビーカーで失われた体積と比較します。 選択的透過性膜を通した浸透。 卵をシャーレに割り入れ、白身の固さを評価させることもできます。 もう一つの実験として、2個目の卵を採取します。 殻と塊を取り除く。 100%ホワイトカロシロップ(液体果糖)の中に入れる。 一晩寝かせます。 卵を取り出し、さっと洗って水気を拭き取り、質量を測ります。 ビーカー内の新しい体積と失われた質量を比較します。 生徒が注意深く観察していれば、密度の違いによって層になっていることに気がつくはずです。 この結果はかなり劇的で、卵を蒸留水につけると元に戻すことができます。 この実験では、生徒と一緒に、複雑でも簡単でも好きなように作ることができます。 また、羊膜卵の構造を復習するのにもよい場所です」
Donna M. ベロイト・メモリアル高校のギルバートソン（ウィスコンシン州ベロイト市 10/18/99