اندازه‌گیری غلظت سلول های گیاهی و جانوری، جلسه اول
حداقل زمان مورد نیاز برای انجام پروژه: 2 هفته
هزینه برآوردی: كم‌هزینه
سطح دشواری: متوسط
مقدمه
غشای سلولی چیست؟
تمام سلول ها توسط پوششی (Cell membrane ) از جنس چربی محافظت می شوند. این پوشش ویژگی های جالبی دارد، از جمله این كه به هر ماده ای اجازه ورود و خروج نمی دهد، تا بسیار انعطاف پذیر است مثلاً در سلول های متحرك بخش هایی از پوشش سلول به صورت زوائد پا شكل در می آید؛ دو لایه است كه سطح داخلی و بیرونی آن از آب خوشش می آید (آب دوست)، اما داخل آن حس خوبی نسبت به آب ندارد (آب گریز)، بسیار پویا و در حال جنب و جوش و ساخت و ساز است، اگر دشمنی به دیواره های آن حمله كرده باشد آن را به تله انداخته و دركیسه می كند و به داخل سلول می فرستد تا بخش های گوارشی آن را هضم كنند، از اطراف خبر می گیرد و خبرهای درون سلول را به همسایه ها مخابره می كند و ویژگی های بسیار هیجان انگیز و پیچیده دیگری كه سبب می شود تصور ما از یك پوشش ساده به یك سد محافظتی، امنیتی، اطلاعاتی با هوشمندی بسیار بالا تغییر یابد.
غشای سلولی ساختاری است به ضخامت 7 تا 10 نانومتر (Nanometer) که محدوده سلول را معین کرده و به صورت سدی با نفوذ پذیری انتخابی، مبادله مواد بین سلول و محیط اطراف را کنترل می کند. غشا از دو لایه لیپیدی ساخته شده که در آنها مجموعه های پروت
ئینی به‌طور پراکنده وارد شده اند. علاوه بر این پروتئین های غشایی، پروتئین های دیگری از نوع حاشیه ای بر روی سطح داخلی غشا قرار می گیرند. مواد مختلف از سه طریق انتشار ساده (Simple diffusion )، انتشار تسهیل شده (Facilitated diffusion ) و انتقال فعال (Active transport ) از عرض غشا عبور می كنند. در انتشار ساده موادی كه به راحتی می توانند از غشا عبور كنند (مانند گازها) با توجه به شیب غلظت شان بین دو طرف جابه جا می شوند. در انتشار تسهیل شده كانال هایی (Channel ) برای بعضی از مواد (مانند آب) در غشا ایجاد شده است كه آن ماده راحت‌تر و در حجم بیشتری بین دو سمت غشا منتشر می شود. در انتقال فعال مواد بر خلاف شیب غلظت شان و با صرف انرژی بین دو سمت جابه جا گردند (مانند سدیم در سلول های عصبی).
اسمز چیست؟ (Osmosis)
آب بین دو سمت غشای نیمه تراوا (Semipermeable membrane ) بر اساس شیب غلظتش می تواند منتشر گردد، یعنی از سمتی كه مقدار آن بیشتر و یا به عبارتی رقیق تر است به سمت دیگر؛ این پدیده اسمز نامیده می شود.
در واقع سمتی كه ذرات محلول كمتری دارد، آب آزادی بیشتری داشته و به سمت مخالف منتشر می شود. انتشار آب تا زمانی كه غلظت محلول در دو سمت یكی شود، ادامه می یابد. اگر سلولی در محلولی قرار داده شود كه غلظت مواد حل شده كمتر از داخل سلول باشد، آب بر اساسپدیده اسمز وارد سلول شده و سلول باد می كند، اگر غلظت مواد حل شده داخل سلول بیشتر باشد آب از سلول خارج شده و سلول چروكیده می شود. اگر غلظت مواد در دو طرف یكسان باشد، انتقال آب بین دو سمت یكسان خواهد بود و حجم سلول تغییری نخواهد كرد. زمانی که غلظت مواد حل شده در سلول با خارج سلول برابر است گفته می شود سلول در محیط ایزوتونیک قرار دارد. زمانی که غلظت خارج سلول بیشتر است گفته می شود سلول در محیط hypertonic و بالعکس در محیط hypotonic قرار دارد.
پدیده اسمز را با گوشت و پوستتان درك كنید!
برای این كار به دو ظرف حاوی آب معمولی و آب نمك رقیق (سرم شستشو) احتیاج دارید. كف دست تان را از آب نمك سرم پر كنید و سعی كنید با مكش بینی آن را وارد فضای بینی تان نمایید. حس خودتان را به خاطر بسپارید. كمی صبر كنید تا حفره بینی شما خشك شود. این بار آب معمولی را با مكش به داخل بینی خود بكشید و تفاوت را كاملاً احساس می كنید. در آزمایش دوم آب وارد شده به حفره بینی به علت فشار اسمزی مایل است كه از عرض غشای سلول های حفره بینی عبور كند و به همین دلیل شما احساس خفگی خواهید داشت، اما در حالت قبل به دلیل مساوی بودن فشار اسمزی دو سمت غشا، آب نمك، تمایلی برای عبور از عرض سلول ها نداشته و به همین دلیل است كه ما برای شستشوی بینی از آب نمك به جای آب استفاده می كنیم. البته آب نمک تا حدی خاصیت ضدعفونی کنندگی هم دارد. حالا روی سرم شستشو را دقیق بخوانید. غلظت آب نمک بر روی آن درج شده است. می توانید کمی در مورد اینکه سرمهای فیزیولوژی در این غلظت از نمک تهیه می شوند در اینترنت جستجو کنید. به نظر شما اگر غلظت نمک از این مقدار بیشتر شود چه اتفاقی می افتد. یادتان باشد که سرمی که بیماران تزریق می شود هم همین مقدار نمک دارد. حالا با توجه به تزریق این ماده به بدن فکر کنید.
با دیدن شکل زیر حدس شما کاملا خواهد شد.
برای انجام این پروژه به مواد و وسایل زیر نیاز داریم.
وسایل مورد نیاز:
- شكر یا نمك
- ترازوی دیجیتال با دقت بالا
- آب مقطر
- بشر ( 6 عدد)
- سیب زمینی
- لوله فلزی توخالی
- تخم مرغ
- سركه
- بشر
- آب مقطر
- استوانه مدرج
مراحل انجام پروژه
تهیه محلول با غلظت های متفاوت
در این آزمایش شما به محلول هایی با غلظت های مختلف احتیاج دارید و ابتدا محلول غلیظ (W/V) %20 را آماده و سپس با رقیق نمودن محلول غلیظ، محلول هایی با غلظت های كمتر را می سازید.
برای تهیه ml100 محلول غلیظ gr20 نمك (و یا شكر) را در بالن حجمی ml 100 ریخته و آن را با آب مقطر به حجم ml 100 برسانید. سپس درِ بالن را ببندید و محكم تكان دهید تا محلول یكنواخت شود و تمام ذرات نمك حل گردند.
برای تهیه محلول رقیق با حجم و غلظت مشخص، نخست باید بفهمید چه حجمی از محلول غلیظ مورد نیاز است. اختلاف حجم محلول رقیق و غلیظ برابر با حجم آب مورد نیاز برای رقیق سازی است. حجم محلول غلیظ از فرمول زیر قابل محاسبه است.
حجم محلول غلیظ = غلظت محلول غلیظ × حجم محلول رقیق / غلظت محلول رقیق
حجم آب مورد نیاز = حجم محلول غلیظ – حجم محلول رقیق
با استفاده از جدول زیر شش محلول با غلظت های مشخص در 6 بشر 100 میلی لیتری تهیه نمایید.
مهم‌ترین جزئی كه برای مشاهده پدیده اسمز مورد نیاز است، غشایی نیمه تراوا (Semipermeable membrane ) است. امروزه غشاهای نیمه‌تراوا كاربردهای زیادی داشته و در انواع مختلف ساخته می شوند؛ نظیر غشایی كه در دستگاه های دیالیز و یا در آب شیرین‌كن ها استفاده می شود. در این پروژه دو غشای زیستی نیمه تراوا معرفی می شود كه با انتخاب هر یك و انجام آزمایش های مرتبط با پدیده اسمز بیشتر آشنا می شوید.
مطالب مرتبط:
اندازه‌گیری غلظت سلول های گیاهی و جانوری، جلسه اول
اندازه‌گیری غلظت سلول های گیاهی و جانوری، جلسه دوم
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: زینب باقری
تنظیم: زینب شاه مرادی
