Koncentracijos poveikis osmosui ir difuzijai naudojant dializės vamzdelius

Nagrinėjant tirpių tirpių, tokių kaip kalio jodido ir gliukozės, judėjimą ir stebėjimo svorio pokyčius keičiant kintančias sacharozės koncentracijas, eksperimente siekiama parodyti pasyvaus transportavimo principus ir tai, kaip koncentracijos gradientai veikia molekulinį judėjimą per membranas.

Šis eksperimentas tiria, kaip skirtingos tirpiųjų tirpių koncentracijų daro įtaką osmoso ir difuzijos procesams per pusiau neigiamą membraną (dializės vamzdelius), tiriant vandens, tirpiųjų judesių judėjimą ir dėl to atsirandančius tirpalo charakteristikų ir svorio pokyčius laikui bėgant.

Įvadas

Osmozė ir difuzija yra pagrindiniai ląstelių pernešimo procesai, vaidinantys svarbų vaidmenį palaikant homeostazę ir įgalinant esmines biochemines funkcijas (Alberts ir kt., 2014). Abi jos yra pasyvaus transportavimo formos, leidžiančios molekulėms judėti per biologines membranas be energijos. Osmozė apibrėžiama kaip vandens molekulių judėjimas per pusiau neigiamą membraną nuo mažesnės tirpios koncentracijos ploto į didesnės tirpios koncentracijos plotą, kol pasiekiama pusiausvyra. Priešingai, difuzija apima tirpiųjų dalelių judėjimą iš didesnės koncentracijos ploto į mažesnės koncentracijos plotą (Binod, 2024).

Norint ištirti, kaip ląstelės sąveikauja su savo aplinka, absorbuoja maistines medžiagas ir pašalina atliekas, būtina suprasti šių procesų dinamiką. Kalbant apie osmosą, yra trys pagrindiniai sprendimų tipai: hipertoniniai, kur yra daugiau tirpiųjų, nei iš ląstelės, nei viduje, todėl vanduo tekės iš ląstelės; Hipotoninis, kai už ląstelės ribų yra mažiau tirpių tirpių, todėl vanduo juda į ląstelę; ir izotoninė, kur tirpiųjų tirpių koncentracija yra tokia pati ląstelės viduje ir išorėje, todėl nėra grynojo vandens judėjimo (Binod, 2024).

Šiame eksperimente eksperimente naudojami dializės maišeliai, nes jie yra pusiau neigiami ir atspindi dirbtines ląsteles osmosui ir difuzijai ištirti. Eksperimento hipotezė yra ta, kad krakmolo/gliukozės tirpalas dializės vamzdeliuose parodys spalvų pokyčius dėl kalio jodido difuzijos. O dializės maišų svoris pasikeis dėl osmoso, atsižvelgiant į sacharozės koncentraciją.

Medžiagos ir metodai

Difuzijos ir osmoso tyrimų veiksmai naudojant dializės vamzdelius

Difuzijos eksperimentas:

1. Paruoškite difuzijos sprendimą:
   • Užpildykite mažą stiklinę vandeniu.
   • Į stiklinę įpilkite 10 lašų kalio jodido tirpalo, kad gautumėte vidutiniškai rudą spalvą.
2. Stebėkite difuziją:
   • Įrašykite pradinę kalio jodido tirpalo spalvą ir išvaizdą stiklinėje.
   • Palaukite, kol tirpalas difuzija, stebėdami spalvų pokytį, kol tirpalas taps geltonas, tai rodo visišką difuziją.
3. Paruoškite dializės vamzdelius:
   • Iškirpkite maždaug 10 cm ilgio dializės vamzdžių gabalą.
   • Vienas vamzdelio galas tvirtai užfiksuokite, o kitą galą palikite atvirą.
4. Užpildykite dializės vamzdelius:
   • Užpildykite atvirą dializės vamzdelio galą maždaug du trečdalius pilno krakmolo/gliukozės tirpalo.
   • Saugiai užspauskite atvirą vamzdžio galą.
5. Įrašykite pradinius stebėjimus:
   • Įrašykite tiek kalio jodido tirpalo spalvą stiklinėje, tiek krakmolo/gliukozės tirpale dializės vamzdeliuose 1 lentelėje.
   • Į panardinkite gliukozės bandymo juostelę į stiklinės tirpalą ir užfiksuokite rezultatą 2 lentelėje.
6. Įdėkite dializės vamzdelius į stiklinę:
   • Panelkite paruoštus dializės vamzdelius stiklinėje, kurioje yra kalio jodido tirpalo.
7. Palaukite ir stebėkite:
   • Po 30 minučių užfiksuokite tiek kalio jodido tirpalo spalvų pokyčius stiklinėje, tiek krakmolo/gliukozės tirpale dializės vamzdyje 1 lentelėje.
   • Dar kartą panardinkite gliukozės bandymo juostelę į stiklinės tirpalą ir užfiksuokite rezultatą 2 lentelėje.

Osmoso eksperimentas:

Po 60 minučių užfiksuokite visų dializės ląstelių galutinius svorius 3 lentelėje.

Paruoškite osmoso sprendimus:

• Užpildykite mažą stiklinę apie du trečdalius pilno 25% sacharozės tirpalo.
• Užpildykite didelę stiklinę apie du trečdalius, pilnus 1% sacharozės tirpalo.

Paruoškite dializės vamzdelius dirbtinėms ląstelėms:

• Gaukite keturis mirkytų dializės vamzdelių gabalus.
• Kiekvieno dializės vamzdelio gabalo užpjaustykite kiekvienu galu su spaustuku. Pažymėkite spaustukus A, B, C ir D.

Užpildykite dializės vamzdelius:

• Atidarykite „Ląstelę A“ ir užpildykite jį maždaug du trečdalius, pilnais 1% sacharozės tirpalu, tada tvirtai užklijuokite.
• Užpildykite „ląstelę B“ 1% sacharozės tirpalu, „ląstele C“ 10% sacharozės tirpalu ir „ląstelės D“ su 25% sacharozės tirpalu, saugiai prispaudžiant.

Įrašykite pradinius svorius:

• Sverkite kiekvieną iš keturių dializės ląstelės ir užfiksuokite pradinius svorius 3 lentelėje.

Panardinkite dializės ląsteles:

• Į mažą stiklinę įdėkite „ląstelę A“ su 25% sacharozės tirpalu.
• Į didelę stiklinę įdėkite „B, C ir D“ ląsteles su 1% sacharozės tirpalu.

Palaukite ir pasverkite:

• Po 15 minučių išimkite ląsteles iš atitinkamų stiklinių, šiek tiek išdžiovinkite ir pasverikite.
• Įrašykite naują svorį 3 lentelėje.
• Grąžinkite ląsteles į atitinkamus stiklines.

Pakartokite svėrimo procesą:

• Pakartokite, kad pašalinimo, džiovinimo, svėrimo ir registravimo procesas yra svoris po 30 minučių, 45 minučių ir 60 minučių.

Galutiniai svoriai:

• Po 60 minučių užfiksuokite visų dializės ląstelių galutinius svorius 3 lentelėje.

Rezultatai

Eksperimento rezultatai parodo kalio jodido difuziją ir gliukozės elgseną dializės vamzdeliuose, kaip parodyta šiose lentelėse.

1 lentelė. Kalio jodo tirpalo difuzija iš stiklinės iki krakmolo/gliukozės tirpalo iš dializės vamzdelių

2 lentelė. Difuzijos gliukozės juostelių bandymas

Osmozės eksperimento rezultatus parodo tirpiųjų tirpalų judėjimas per dializės vamzdelius ir svorio pokyčius, rodančius hipertoninį, hipotoninį ar izotoninį aplinkos pobūdį.

3 lentelė. Dializių ląstelių svorio pokytis kaip laiko funkcija

Diskusija

Eksperimentas parodė, kad kalio jodidas pasklido į krakmolo/gliukozės tirpalą dializės vamzdeliuose, sukeldamas spalvų pokytį ir patvirtindamas sėkmingą difuziją. Be to, dializės maišų svoris skyrėsi atsižvelgiant į jų supančią sacharozės koncentraciją, tai rodo osmozės poveikį: ląstelės hipertoniniams tirpalams prarado svorį, o izotoninių tirpalų – stabilūs.

Pradiniai stebėjimai atskleidė, kad kalio jodido tirpalas prasidėjo kaip gelsvai ruda, o krakmolo/gliukozės tirpalas buvo baltas. Po 30 minučių kalio jodido tirpalas

tapo aiškus, o krakmolo/gliukozės tirpalas tapo purpuriniu/debesuota, rodančiu sėkmingą jodo difuziją į vamzdelius.

Gliukozės bandymo juostelė iš pradžių parodė arbatžolių spalvą, rodančią, kad nėra gliukozės. Eksperimento pabaigoje juostelė pasikeitė į rudą/žalią, patvirtindama gliukozės pėdsaką stiklinės tirpale.

Svorio pokyčiai laikui bėgant rodo skirtingą reakciją į aplinkinius sprendimus. Ląstelė A parodė nedidelį svorio padidėjimą po 10 minučių, tačiau po to svyravo, rodanti hipertoninę aplinką stiklinėje. Ląstelė B išliko santykinai stabili, rodanti izotoninę aplinką. Priešingai, C ląstelėje laipsniškai sumažėjo svoris, o ląstelė D turėjo reikšmingą mažėjimą, atspindintį vandens netekimą dėl savo hipertoninės aplinkos. Tirpiojama iš didesnės koncentracijos iki mažesnės koncentracijos, kad būtų išlaikyta homeostazė (Alberts ir kt., 2014).

Eksperimentas turėjo silpnybių, tokių kaip skirtumai, kaip gerai dializės vamzdeliai leido praeiti medžiagas, o tai gali sukelti nelygius rezultatus. Be to, nekontroliuojant temperatūros ir pasikliaujant spalvų pokyčiais matavimams, išvadoms galėjo būti mažiau patikimas.

Apskritai rezultatai patvirtina hipotezę, kad difuzija vyksta per dializės membraną ir pabrėžia osmosinio slėgio poveikį dializės maišų svoriui.

Kiti eksperimentai

Būsimi eksperimentai galėtų ištirti, kaip temperatūra veikia osmosą ir difuziją, tikėdamiesi, kad aukštesnė temperatūra padarys šiuos procesus greičiau. Mes taip pat galėtume išbandyti įvairias medžiagas, pavyzdžiui, druską ar cukrų, kad pamatytume, kaip jos keičia molekulių judėjimo būdą.

Nuorodos

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2014). Ląstelės molekulinė biologija (6 -asis leidimas). Garlando mokslas.

GC, Binod. „Osmosis ir difuzija: skirtumai ir veiksniai, kurie juos daro įtaką“. Mokslo užrašai2023 m. Balandžio 14 d. Žiniatinklis. 2024 m. Spalio 2 d. Osmosis ir difuzija: skirtumai ir veiksniai, turintys įtakos jiems

Mika, TA, Klein, RJ, Bullerjahn, AE, Connour, RL, Swimmer, LM, White, RE,

Gosses, MW, Carter, TE, Andrews, AM, Maier, JL ir Sidiq, F. (Red.). (2024). Anatomija ir fiziologija BIO 211 Laboratorijos vadovas (3 -asis leidimas). Owens bendruomenės kolegija.

GC, Binod. „Ląstelių transportas: pasyvūs ir aktyvūs mechanizmai“. Mokslo užrašai2024 m. Rugsėjo 3 d. Žiniatinklis. 2024 m. Spalio 2 d. Ląstelių transportas: pasyvūs ir aktyvūs mechanizmai – mokslo pažymos