Algemeen overzicht

Commentaar: “Water glijdt wel gewoon door het membraan, samen met andere kleine, polaire moleculen zoals ethanol en ureum. Grotere of geladen wateroplosbare stoffen zullen een eiwitdrager nodig hebben. De vette acyl residuen stoten water niet af, maar ze trekken het ook niet aan. Omdat het water polair is, wordt het meer aangetrokken door andere watermoleculen aan dezelfde kant van het membraan dan door de koolwaterstofketens die zich in de bilaag bevinden. Wanneer de watermoleculen aan het “zoemen” zijn, glippen sommige er gewoon doorheen. Eiwitporiën en -dragers komen er niet aan te pas en in feite zal water diffunderen over een kunstmatige lipide-bilaag, die zelfs geen eiwitten bevat. Het diffundeert niet zo snel als wanneer de lipide bilaag er niet zou zijn, maar het diffundeert vrij gemakkelijk. Nu heeft u het over in water oplosbare stoffen, wat zou verwijzen naar polaire en geladen moleculen. Voor sommige in water oplosbare stoffen zijn eiwitkanalen of zelfs dragers nodig (die pompen worden genoemd als ze metabolische energie nodig hebben). Grotere polaire moleculen hebben het moeilijker om erdoor te komen en geladen moleculen hebben het nog moeilijker om erdoor te komen, zelfs als ze klein zijn (d.w.z. ionen). De reden waarom de ionen het moeilijk hebben om erdoor te komen heeft te maken met het feit dat ze gehydrateerd worden (omgeven door watermoleculen waarvan de tegengesteld geladen uiteinden aan het geladen ion worden gekoppeld). Je kunt dus niet kijken naar het ion op zich (dat misschien klein lijkt), maar naar de hele hydratatiesfeer, die waarschijnlijk groot is. Ionen hebben over het algemeen membraaneiwitten nodig om erdoor te komen, net als grotere polaire moleculen.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 11/3/99

Equipment and Supply Modifications

Tip: “Voor dialyseslangen heb ik de goedkoopste plastic boterhamzakjes gebruikt. Die werken vrij goed.”
-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 9/9/99

Tips: “Twee tips die ik graag wil doorgeven. Ik ben een (tamelijk) nieuwe onderwijzeres en deze laatste twee ontdekkingen hebben het een beetje gemakkelijker gemaakt. Ten eerste, ik koop stijfsel in sprayvorm, zoals je zou gebruiken om te strijken. Voorbij zijn de dagen van het verwarmen van stijfsel om het op te lossen. Blijf het zetmeel gewoon in een fles water spuiten tot je denkt dat er genoeg is. Ik meet nooit af en het werkt geweldig! Ten tweede, voor een snel Benedict’s test resultaat, steek het in de magnetron voor ongeveer twee tot vijf seconden; opnieuw zijn de resultaten geweldig. Veel beter dan teststrips. Ik hoop dat ik je minstens 10 minuten heb bespaard bij het voorbereiden van je lab. Elke minuut telt!”
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Tip: “Probeer eens een paarse ui te gebruiken voor het lab – het werkt – zorg er alleen voor dat ze wat gepigmenteerde cellen hebben. De verschillen met dH20 en de zoutoplossing zijn groot. Als je de zoutoplossing niet wilt mengen en je hebt een zoutwateraquarium, neem dan gewoon een klein bekertje water uit de tank. Dat werkt goed.”
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, North Carolina. 14/10/99

Tip: “Ik gebruik een plant die Rhoeo discolor heet in plaats van ui om het laatste deel van het practicum te doen. De bladeren zijn aan de onderkant paars en de paarse epidermale laag laat zich gemakkelijk van de rest van het blad losmaken. Het is heel gemakkelijk te kweken (lijkt te gedijen bij vakkundige verwaarlozing!) in een pot op een vensterbank. Hij zou verkrijgbaar moeten zijn in een tuincentrum. Het is een veel voorkomende plant die in Noord-Texas als bodembedekker wordt gebruikt – ik wou dat ik u de naam kon geven; hij doet me denken aan de zwervende jood, maar dan met grotere, minder harige bladeren.”
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 10/15/99

Vraag: “Ik ging gisteren naar de apotheek om glucoseteststrips te kopen, en er waren veel mogelijkheden. Ik heb geen van de merken gevonden die in de Docentenhandleiding staan. Maakt het merk iets uit? Koop je de urine glucose test strips, of de bloed glucose test strips? Ze zijn erg duur, en ik wilde niet de verkeerde soort kopen.”

Antwoord 1: “Vraag je apotheker of hij verouderde urineteststrips voor je kan bewaren. Vaak geven ze je een prijsvoordeel als je zegt dat je leraar bent, en dat de teststrips verlopen zijn.”
-Franklin M. Bell, St. Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Antwoord 2: “Ik haal mijn glucose teststrips altijd bij Frey Scientific. Ze werken prima voor dialyse-testen en vertonen geen vals-positief in de aanwezigheid van jodium. Ik gebruik ze ook voor gesimuleerde urine-analyses en krijg veel betere resultaten dan de farmaceutische dipsticks.”
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, North Carolina. 10/10/99

Tip: “Maak een notitie voor volgend jaar: gebruik Benedict’s oplossing in plaats van de teststrookjes om te testen op de aanwezigheid van suikers buiten het zakje. Voeg gewoon wat van de vloeistof in het bekerglas toe aan een reageerbuis met een gelijke hoeveelheid Benedict’s. Meng en verwarm zachtjes in een waterbad gedurende 5 tot 10 minuten. Je zou een positieve test moeten krijgen-blauwe Benedict’s zal roestig worden (oranje/rood) als er glucose aanwezig is. Ik heb het practicum vorige week gedaan en kreeg goede resultaten met de Benedict’s.”
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Pre-Lab voorbereidingen

Procedure Wijzigingen

Vraag: “Is er een alternatief voor de kurkboormethode om aardappelmonsters te krijgen?”

Antwoord 1: “Probeer in plaats van een kurkboor te gebruiken om cilinders van aardappel te maken, eens een frietsnijder te gebruiken om veel gelijkvormige stukjes rauwe aardappel in één keer te maken. Een van mijn leerlingen heeft dat bedacht!”
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 10/24/00

Antwoord 2: “… Als je geen frituurpan hebt, kun je ze ook gewoon zelf snijden. Ik heb de kurkentrekker jaren geleden opgegeven, en neem gewoon een goed keukenmes en snijd de aardappelen in ongeveer gelijkmatige ‘staafjes’ van ongeveer de gewenste grootte. Dit werkt, en ik beschouw dit als een van de meer betrouwbare laboratoria. Het versterkt ook mijn conclusie (die ik altijd tegen de kinderen zeg) dat leren koken een goede training voor het lab is – veel van de vaardigheden gaan over!”
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, North Carolina. 10/28/00

Antwoord 3: “Ik heb gemerkt dat het erg moeilijk is om dit practicum te doen zoals het geschreven staat. Ik gebruik dunne schijfjes aardappel in plaats van de kernen, en probeer ongeveer 20 gram aardappel te gebruiken. Toen ik eenmaal begonnen was het op deze manier te doen werkt het als een charme. Ik denk dat dit om twee redenen is: (1) je hebt een veel grotere massa aardappel en dus heb je een veel kleiner percentage fouten in de massa; (2) je hebt niet zo veel kleine stukjes aardappel die eraf vallen en de massa verminderen.”
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 10/19/00

Tip: “Ik heb een Franse mandoline gebruikt om aardappelstaafjes te snijden voor het 1C-lab en ik kreeg geweldige resultaten (R kwadraat = 0,996). Voor een van mijn teams heb ik de ‘wafelsnijtechniek’ gebruikt en ‘wafelsnippers’ geproduceerd, die ik vervolgens met een klein schaaltje heb ‘geperforeerd’ om ‘wafelschijfjes’ van uniforme grootte te produceren. Het resultaat was dat de schijfjes in de hypotone oplossingen uitzetten en de schijfjes in de hypertone oplossingen op een overdreven manier samentrokken, hetgeen alleen door de gegevens werd bevestigd. Het lijkt erop dat de grotere oppervlakte verantwoordelijk was.”
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 11/17/00

Trouble Shooting and Cleanup

Tip: “Toen mijn leerlingen vandaag het osmose/diffusie-lab uitvoerden, deden ze een interessante ontdekking. De jodiumoplossing reageerde met de glucoseteststrookjes (Carolina Biological osmosis lab replacement kit) en kreeg een kleur die wees op een positieve glucosereactie. De leerlingen wilden weten hoe zij konden bepalen of de glucose uit de dialysezak diffundeerde, aangezien het jodium in de bekerglasoplossing hen al een positieve test gaf. Evenzo wilden zij aan het eind van het experiment, toen het jodium in de dialysezak was gediffundeerd, weten hoe zij konden vaststellen dat de glucose was verdwenen (zoals aangegeven door een verminderde kleurreactie met de glucoseteststrips). Uiteindelijk hebben we een dialysezak zonder jodium gebruikt, zodat we de glucose zelf konden opsporen, maar als je het practicum volgt zoals het is beschreven, moet je misschien met dit probleem rekening houden.”
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Lab uitvoeren met sondes en computers/rekenmachines

Vraag: “Heeft iemand een ‘eenvoudiger’ of aangepaste osmose-laboratoriumprocedure? Eén die in één dag gedaan kan worden?”

Antwoord 1: “Gebruik een grote kurkboor en een grote (lange) aardappel. Steek de kurkboor met een draaiende beweging in de lengte helemaal in de aardappel. Omdat je dit bij meerdere aardappelen moet doen, is het de bedoeling dat je bij elke aardappel dezelfde maat boor gebruikt. Je mag niet helemaal (of bijna helemaal) door de aardappel heen gaan. Als je de boor eruit trekt, blijft het cilindervormige stuk aardappel aan de aardappel vastzitten. Als je echter een scalpel in het achterste uiteinde van de aardappelboor steekt en zowel de boor als de scalpel samen draait, zal de cilinder van aardappel draaien en uiteindelijk breken. Trek de boortje eruit en net als bij het knallen van een fles champagne komt het cilindertje aardappel naar buiten. Je hebt nu een gat in de aardappel, en als je dit herhaalt met meerdere aardappelen, zul je gaten van UNIFORM formaat in de aardappelen hebben. Spoel ze af met leidingwater om de overtollige zetmeelkorrels, die bij deze ruwe procedure zijn vrijgekomen, uit de gaatjes te krijgen. De aardappelen zijn nu klaar. Vul ze elk met een verschillende concentratie sacharose: 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, en 1.0. Gebruik een #2 stop met een omgekeerde pipet en draai de kurk voorzichtig in de aardappel. Forceer het niet te hard, anders scheurt de aardappel (en is dus nutteloos). Je zou een luchtdichte verbinding moeten krijgen. Ik doe ze meestal in een bekerglas van 600 ml en plak de kurk goed vast met plakband. Bevestig een Vernier gasdruksensor (CBL of computer) aan de pipet en meet de drukverandering over een periode van 20 tot 30 minuten. De helling (verandering in druk over verandering in tijd) is een maat voor de snelheid van osmose. Door de concentratie ten opzichte van de helling in een grafiek te zetten, kun je de concentratie bepalen waarbij de helling 0 is (d.w.z. waarbij de waterpotentiaal van de aardappelcellen gelijk is aan de waterpotentiaal van de sucroseoplossing). Ik heb dit nog niet geprobeerd zonder sondes, maar je kunt het ook aansluiten op pipetten met een zeer smalle opening. De procedure heeft enkele haken en ogen die ik nog probeer op te lossen. Ik kan niet zeggen dat het altijd goed werkt, maar het duurt geen 24 uur. Ik heb een paar ideeën om het op te schonen.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 10/23/00

Alternatieve Lab Ideeën

Eg Osmose Lab

Vraag: “Ik heb gehoord van leraren die eieren gebruiken om osmotische principes te demonstreren. Heeft iemand labactiviteiten of demo’s die hiermee te maken hebben?”

Antwoord 1: “Ik heb een prachtige verwijzing naar dit lab uit het Journal of College Science Teaching, nov. 1985. Ik geloof dat dit een publicatie is van de NSTA? Het heet ‘Osmosis and the Marvelous Membrane’ en gaat over het gebruik van ontkalkte eieren om osmose te demonstreren. Ik laat mijn kinderen eieren ontkalken in azijn gedurende 48 uur, en dan geef ik ze vier onbekende oplossingen (gedestilleerd, .5M sucrose, 1M sucrose, en 2M sucrose). Ze masseren hun eieren, doen ze in de oplossingen, en masseren ze opnieuw om de 10 of 15 minuten gedurende 1,5 uur. Het laboratorium werkt geweldig! Het werkt ook in een periode van 45 minuten als de kinderen tijdens de lunch of later terugkomen om ze na de les te masseren. Dan zetten ze de procentuele verandering in massa uit tegen de tijd. Ze moeten ook de molariteit van het ei berekenen; meestal komt het uit op ongeveer .8M.

In het artikel waarnaar ik hierboven verwees, wordt het gebruik van glucose-oplossingen aanbevolen, maar ik heb ontdekt dat sucrose net zo goed werkt en een stuk goedkoper is. Het artikel zegt ook dat NaCl-oplossingen vreemde resultaten geven, mogelijk doordat de zoutionen het membraan op de een of andere manier wijzigen.

Zorg er wel voor dat je extra eieren bij de hand hebt, want er is altijd die ene student die eindigt met ei op zijn hand. Ik legde drie dozijn eieren ’s nachts in een gallon azijn, en verving de azijn de volgende dag. Op dag drie waren de eieren klaar voor gebruik.”
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 10/20/99

Antwoord 2: “Een ander uitstapje met de eieren – als je eenmaal klaar bent met de zout- of suikerbehandelingen – is om ze ’s nachts in verschillende soorten verf te leggen:

• methyleenblauw
• Rit kleurstof
• voedingskleurstof

Elk heeft een verschillende diffusiesnelheid (diffundeert naar verschillende dieptes binnenin het ei)- kook en snijd ze doormidden om de verschillen te zien. Niet aanbevolen om te eten, echter!”
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 10/19/99

Antwoord 3: “Al 30 jaar gebruik ik het eierlab als een superdemonstratie of als een individuele activiteit. Het maakt de werking van onze eigen cellen duidelijk met een bekende dierlijke cel die de leerlingen kunnen zien. Er volgen heel eenvoudige aanwijzingen. Je voegt de chemie toe, de druk, enz. Week/onderdompel een rauw kippenei in witte azijn (de goedkoopste variant werkt het best) gedurende 24 tot 48 uur om de calciumcarbonaat schaal te verwijderen. De schaal zal onmiddellijk corrosie vertonen met veel kleine belletjes die zich rond het oppervlak vormen – dit geeft tijd voor een goede bespreking van de basischemie en de werking van zuren en metaalverbindingen. Aan het einde van deze tijd kan het membraan bedekt zijn met oplosbare calciumzouten – voorzichtig afspoelen om te verwijderen, zodat u een doorschijnend membraan kunt zien. Op dit punt zult u beseffen dat het nodig is een aantal reserve-eieren te bereiden! Dep ze droog en weeg ze op. Misschien wilt u nog andere metingen verrichten, zoals de omtrek, het volume door waterverplaatsing, enz. Plaats het ei in een bekende hoeveelheid gedestilleerd water (150 mL) in een schoon bekerglas van 250 mL. Verzamel opnieuw de gegevens die je nodig acht of laat de leerlingen hun eigen lab ontwerpen (een kans voor constructivisme en de 3P’s). Wacht 24 uur tot de nacht voorbij is. Verwijder voorzichtig het ei; dep het droog en de massa is water. Vergelijk met het volume dat in het bekerglas verloren is gegaan. Osmose door selectief doorlaatbaar membraan. Je kunt de leerlingen het ei laten breken in een petrischaaltje; evalueer de consistentie van het eiwit. Een alternatief of aanvullend lab is om een tweede ei te nemen. Verwijder schaal en massa. Leg het in 100 procent witte Karo-siroop (vloeibare fructose). Laat een nacht zitten. Verwijder het ei, was het snel, droog het af en breng het in massa. Vergelijk het nieuwe volume in het bekerglas en de verloren massa. Als de leerlingen voorzichtig zijn, moet je wat gelaagdheid zien als gevolg van verschillen in dichtheid. De resultaten zijn vrij dramatisch en kunnen omgekeerd worden door het ei in gedestilleerd water te leggen. U en uw leerlingen kunnen dit practicum zo ingewikkeld of eenvoudig maken als u zelf wilt. Het is ook een goede plaats om de structuur van het vrucht-ei te bespreken.”
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99