拡散と浸透

概念インストラクター準備学生プロトコル
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  1. 寒天培地での拡散
    • 注:この演習では、フェノールフタレインと呼ばれる指示薬品を含む寒天が与えられます。フェノールフタレインが寒天中の通常のアルカリ性条件にさらされると、ピンク色に見えます。しかし、中性または酸性の条件にさらされると、ピンク色から透明色に変わります。細胞のサイズと形状が拡散速度に与える影響を研究するための細胞のモデルとして、さまざまなサイズと形状の寒天キューブを作成します。
    • 最初のセルセットを作成するには、各辺が1センチメートルを測定する寒天の小さな立方体を測定してカットします。
    • 次に、辺が2cm、各辺が3cmの大きなセルを持つ中セルキューブを測定して切り取ります。
    • キューブセルの辺の長さがわかれば、小文字のaは辺の長さを表す次の式を使用して表面積を計算します。表面積= 6a ^ 2
    • これらの値を表1の適切な列に記録します。表 1 をダウンロードするにはここをクリックしてください
    • 次に、同じ長さの値と以下の式を使用して、各立方体の体積を計算し、これらを表に追加します: 体積= a ^ 3仮説:実験仮説は、酸が中型および大型の細胞よりも速く小細胞の中心に完全に拡散するというものかもしれません。帰無仮説は、酸が小さな立方体と2つの大きな立方体の中心にほぼ同時に拡散するというものです。
    • 3つの400mLビーカーに0.1 M HClをそれぞれ100 mL加えて拡散槽を作ります。
    • チームで作業し、タイマー付きの実験者を1人、2人目と3人目の実験者が各キューブをビーカーの1つに落とす準備をします。
    • 最初の実験者が行くと言ったら、3つのキューブをすべてそれぞれのビーカーに同時にドロップしてタイマーを開始します。
    • キューブの1つが完全に透明になるまで、または10分が経過するまで注意深く観察してください。
    • タイマーを停止し、ビーカーから寒天キューブを取り外し、キューブをペトリ皿に入れます。
    • 3つのセルのうち、どのセルが鮮明になったか、またはピンク色の領域が最も小さく残ったかをメモします。次に、どの細胞が最も多く残ったピンクの寒天を持っていたかにも注目します。
    • 次に、表1で、各セルの表面積と体積の比率を計算します。表面積:体積比=(表面積)/体積
    • セルサイズが大きくなるにつれて、表面積と体積の比率が増加するか減少するかに注意してください。また、これが寒天細胞への拡散の深さの観察と相関しているかどうかも考慮してください。細胞が細胞全体に必須栄養素や分子を届けるために拡散に依存している場合は、体積に対する表面積を小さくする方が良いか大きいかをグループと話し合ってください。
    • さて、残りの寒天で、サイズの異なる3つの長方形のブロックを切り取り、それらの長さ、幅、高さを記録します。これにより、セルの形状が異なる場合に何が起こるかがテストされます。
    • 長さがl、幅がw、高さがhである以下の式を使用して、長方形のセルの表面積を計算します。表面積= 2lw + 2lh + 2wh
    • 次に、次の式を使用して長方形の体積を計算します。Volume = l * w * h
    • 新しい形状を塩酸溶液に10分間、または1つの立方体が完全に透明になるまで落として、実験を繰り返します。
    • 溶液から細胞の形状を取り除き、塩酸がこれらの各細胞に拡散した深さと、溶質が到達しない残りのピンク領域が最小および最大の形状を観察します。
    • 長方形に記録した表面積と体積のデータを使用して、これらのセルの表面積と体積の比率を計算します。表面積:体積比=(表面積)/体積
    • これらの値が、どの細胞が最も完全な拡散を示し、最も不完全な拡散を持っていたかと相関しているかどうかを検討してください。さらに、これらの長方形の細胞が、立方体の細胞で観察されたものと類似または異なる拡散パターンを示したかどうか、およびこれが何を意味するのかをグループと話し合います。
  2. 半透膜を横切る分子の動き
    • 実験を開始する前に、4つの1Lビーカーにそれぞれ250mLの蒸留水を加えます。
    • 次に、ビーカーを1〜4にラベルし、最初のビーカーに0.5mLのヨウ素を追加します。仮説:この実験では、一部の溶質は透析チューブ膜を通過でき、他の溶質は通過できないという実験仮説が立てられています。帰無仮説は、溶質間の透析チューブ膜を介して拡散する能力に差はないというものです。
    • 透析チューブを準備するには、蒸留水浴から一度に1つずつ取り出し、各チューブの一方の端でしっかりと結び目を作ります。これらのチューブが充填されると、透析チューブが半透膜のように機能するモデル細胞として機能します。
    • 最初のチューブに10mLのデンプン溶液を追加し、実験中にチューブが膨張した場合に備えて、オープンエンドを結びます。
    • 次に、NaCl溶液とデキストロース溶液をそれぞれ2番目と3番目のチューブに追加し、両方のチューブを再度結びます。膨張した場合に備えてスペースを残します。
    • 10mLの蒸留水を加え、4本目のチューブを結んだ後、各モデル細胞の重量を量ります。
    • 表2の適切な列に、グラム単位の初期重量値と各チューブの開始溶液の色を記録します。表2をダウンロードするにはここをクリックしてください
    • 水道水で外側をすばやくすすいだ後、各チューブを対応するビーカーに室温で1時間入れます。注:例ample、でんぷん溶液チューブは、ヨウ素を含むビーカーに入れる必要があります。
    • 拡散期間の終わりに、チューブの重量を再度測定します。
    • 次に、チューブを注意深く観察し、色の変化に注意してください。
    • これらすべてのデータを表2に記録します。
    • 次に、単糖のベネディクト試薬テストを行うには、600mLのビーカーに250mLの水を加えてホットプレートに載せてウォーターバスを作ります。
    • プレートを高に設定して、お湯を沸騰させます。
    • 2つの新しいガラス試験管にそれぞれH2Oとデキストロースというラベルを付けます。
    • メスシリンダーを使用して、水とデキストロースビーカーから1mLの溶液を対応する試験管に移します。
    • 次に、各チューブにベネディクト試薬を2mL加えます。
    • 水が沸騰したら、各試験管をウォーターバスに3〜5分間入れます。
    • この時間の後、各チューブの溶液の色に注意してください。
    • 次に、このキーを使用してテストが陽性か陰性かを評価し、これらのデータを表2の適切な列に記録します。図1をダウンロードするにはここをクリックしてください
  3. 結果
    • まず、実験の開始時と終了時の4つの透析チューブセルの質量を確認します。4 つのセルのそれぞれの質量の変化を計算し、棒グラフにプロットします。
    • どのセルが最も変化を示したか、また、どのセルのサイズが目に見えて異なるかに注意してください。
    • デンプンとヨウ素の指示薬を使用した実験では、人工細胞内の流体に色の変化があったかどうかに注意してください。また、ビーカー内の水に色の変化があったかどうか、およびこれらの観察結果の両方が透析チューブ膜の特性について何を言っているかについても考えてみてください。
    • 最後に、デキストロースのベネディクト試薬テストで、この単糖が「細胞」の半透膜を通過してビーカーの水に入ることができたかどうかに注意してください。クラスと話し合い、どの分子が半透膜を通過でき、どの分子を通過できないと思いますか。