Preveo Marinko Petković.
Fred Engelbrecht i Tomas Wendt iz Nastavno-istraživačke laboratorije EksploHajdelberg u Hajdelbergu opisuje nekoliko eksperimenata u otkrivanju šećera kako bi ukazali probleme sa kojima se svakodnevno sreću osobe sa dijabetesom.
Monosaharid glukoza je najvažniji izvor energije u živim ćelijama eukariota i ćelije ga koriste u aerobnom ili anaerobnom disanju. Takođe služi i kao prekursor u sintezi proteina i u metabolizmu lipida. Iz tog razloga, glukoza je centralni molekul u nekoliko metaboličkih puteva i koncentracija u krvotoku je strogo kontrolisana prisustvom insulina i glukagona.
Dijabetes melitus (ili jednostavno dijabetes) je sindrom okarakterisan kao poremećaj metabolizma glukoze i visokog nivoa šećera u krvi (hiperglikemija). Ovo nastaje bilo kao posledica niskog nivoa insulina ili kao patološka otpornost insulina u odnosu na nivo sekrecije, koja je toliko niska da se otpornost može kompenzovati.
Postoje dva osnovna oblika dijabetesa: Tip 1 i Tip 2. Iako imaju različite uzroke, pacijenti sa bilo kojim oblikom nemaju mogućnost stvaranja dovoljne količine insulina u beta-ćelijama pankreasa i na taj način spreče pojavu hiperglikemije.
Tip 1 dijabetesa je zastupljen u oko 10% svih slučajeva dijabetesa u Evropi i karakteriše ga nedostatak beta-ćelija pankreasa najčešće prouzrokovane autoimunom destrukcijom. Kako se Tip 1 dijabetesa najčešće pogađa pacijente u ranim godinama života, te se iz tog razloga naziva još i juvenilni dijabetes. To je veoma težak oblik bolesti jer ne postoji način lečenja. Umesto toga, pacijenti moraju prilagoditi svoje životne navike, kao na primer uvođenje dijetalnog režima ishrane, svakodnevne vežbe i redovno praćenje nivoa šećera u krvi. Dodatno moraju obavezno ubrizgavati potkožno ili kontinuirano pomoću pumpica insulin u krvotok kako bi izbegli komu ili smrt.
Tip 2 dijabetesa nastaje usled otpornosti insulina ili smanjenja osetljivosti insulina u tkivima kombinovano sa smanjenom sekrecijom insulina. Slaba osetljivost tkiva na insulin skoro uvek izaziva povećanje insulin receptora na membranama ćelija. Ovo ima za uzrok da organizam traži ekstremno visok nivo insulina, kako bi održao normalni nivo šećera u krvi, a dijabetes se razvija kada beta-ćelije pankreasa taj zahtev ne mogu ispuniti. Tip 2 dijabetesa često je poznatiji kao adultni ili starački dijabetes, koji se najčešće javlja posle 30 godine života. U većini slučajeva, često je udružen sa gojaznošću i ekstremnom fizičkom neaktivnošću; uvođenjem zdravog režima života može se stanje poboljšati ili u nekim slučajevima i potpuno izlečiti. Pogledajte Dugi (2006) za više detalja dijabetesa.
Osobe pogođene bilo kojim tipom dijabetesa trebaju da nauče kako da žive sa simptomima bolesti. To uključuje često mokrenje, pojačan osećaj žeđi i prema tome povećan unos tečnosti u organizam. Kako je veliki broj dece pogođen dijabetesom, neophodno je sa učenicima raditi u najranijim fazama. Oboleli od dijabetesa trebaju znati, kako da umanje svoje simptome ili čak spreče pojavu bolesti uzimanjem propisane dijetalne hrane i redovim vežbanjem. Zdrava deca trebaju da shvate potrebe svojih obolelih vršnjaka.
Mi smo iz tog razloga pripremili nekoliko ogleda da bi osposobili učenika da otkriju ugljene hidrate. Prva serija ogleda otkriva da li rastvori sadrže skrob, proteine ili šećere kao što su glukoza, laktoza ili sukroza ili ne. Kada se šećeri otkriju, sledeći ogledi dokazuju koji uzorci sadrže laktozu ili glukoza, korišćenjem specifičnih enzimskih reakcija. Princip ovih ogleda je isti kao i u analizama za određivanje nivoa šećera u krvi u dijagnostikovanju dijabetesa, ili određivanja nivoa glukoze i/ili laktoze, na primer u voćnim sokovima, mleku i mlečnim proizvodima. Ovi ogledi, prema tome, navode učenike na ideju kako oboleli od dijabetesa mogu pratiti nivo šećera.
Učenici dobijaju pet uzoraka, označeni sa slovima A do E, koji sadrže skrob, proteine (goveđi serumski albumini), monosaharid glukozu, disaharide laktozu i sukrozu. Svi rastvori su vodeni u koncetraciji od 0,1%. Takođe se preporučuje za testiranje bezbojni rastvor koji sadrži glukozu, energetsko piće (npr. Powerade®-Lemon). Učenici bi trebali da pomoću različitih reagenasa odrede koji uzorci sadrže šećer, skrob ili proteine.
Za razred od 30 učenika za rad u parovima potrebni su sledeći rastvori:
Rastvori koji sadrže redukujuće šećere kao što su fruktoza, glukoza i laktoza daju crvenu boju i crveni talog (rastvorni bakar (II) joni se redukuju i prelaze u nerastvorni bakar (I) oksid). U epruvetama gde nema razvoja boje su ostali sukroza ili skrob. Uzorak proteina daje slabo ljubičastu boju.
Lugolov rastvor je dokazni reagens za prisustvo skroba. Jod će obojiti skrob iz razloga što reaguje sa helikoidalnom strukturom polisaharida, stvarajući tamno plavu boju. Sa monosaharidima (glukoza) ili disaharidima (laktoza i sukroza) neće dati pozitivnu reakciju.
Set za određivanje proteina se zasniva na Bredfordovom reakciji gde se meri promena boje Komasi brilijant plavog koji se veže za proteine.
Prisustvo proteina će promeniti boju smeše u plavo (može se meriti pomoću fotometra na 595 nm). Uzorci koji sadrže šećer ili skrob neće dati pozitivnu reakciju.
Mere zaštite: Komercijalni set za određivanje proteina sadrži metanol i fosfornu kiselinu te se mora pažljivo rukovati sa njim.
Fehlingova reakcija | Lugolova reakcija | Određivanje proteina | Smeša | |
---|---|---|---|---|
Rastvor A | Crveni talog | Braon | Braon | Redukujući šećer |
Rastvor B | Plavi rastvor | Tamno plavo | Braon | Skrob |
Rastvor C | Crveni talog | Braon | Braon | Redukujući šećer |
Rastvor D | Ljubičasti rastvor | Braon | Plavo | Protein |
Rastvor E | Plavi rastvor | Braon | Braon | Sucroza |
Rastvor B daje pozitivnu reakciju sa Lugolovim rastvorom. Rastvor D daje pozitivni rezultat sa Brefordovim reagensom čime se dokazuje da je to rastvor proteina. Rastvori A i C daju crveni talog u toku Felingove reakcije i na taj način se identifikuju kao uzorci sa redukujućim šećerima kao što su glukoza i laktoza (mada u ovom trenutku se ne može reći gde je koji). Preostali rastvor E ne pokazuje pozitivne reakcije ni sa jednim reagensom te se može tvrditi da je to rastvor sukroze.
U drugom eksperimentu, analiziraju se rastvori A i C, kako bi se odredio sadržaj odnosno prisustvo laktoze i glukoze. U ovom eksperimentu se upotrebljava komercijalni set za enzimsko određivanje laktoze /D-glukozew2. Postupak je sličan rutinskom određivanju nivoa glukoze u krvi kod obolelih od dijabetesa. Standardna procedura određivanja je modifikovana i umanjena, tako da se može načiniti veliki broj eksperimenata sa dostupnim reagensom. Jedan set omogućuje dovoljno materijala za 20 parova učenika.
Princip određivanje je sledeć:
Za pripremu reakcije potrebno je:
Pažnja: Naredni koraci ovog eksperimenta su identični za sve test epruvete.
Prvo merenje (OD340) | Drugo merenje (OD340) | Rezultat | |
---|---|---|---|
Uzorak A+ | 0.09 | 2.43 | Glucose |
Uzorak A- | 0.09 | 2.37 | Glucose |
Uzorak C+ | 0.10 | 1.43 | Lactose |
Uzorak C- | 0.09 | 0.10 | Lactose |
Sva četiri uzorka pokazuju niske vrednosti apsorpcije u toku prvog merenja, iz razloga što NADPH nije prisutan u reakcionoj smeši. U toku drugog merenja (nakon dodatka enzima) uzorci A i C pokazuju razliku. Kako uzorak A daje pozitivan rezultat nezavisno od toga da li je dodat b-galaktozidaza u smešu, može se zaključiti da uzorak sadrži glukozu. U odnosu na uzorak C, gde su promena absorpcije može primetiti samo nakon dodatka b-galaktozidaze (C+), dolazi se do zaključka da je u uzorku C laktoza.
U toku praktičnog rada učenici dobijaju osnovne informacije o dijabetesu i problemima sa kojima se sreću osobe sa dijabetesom. Kako bi pratili nivo glukoze u krvi, oboleli koriste test trake pomoću kojih se uzorak krvi testira na istom principu kao i u toku eksperimenta 2. Eksperiment ovog tipa može povećati obaveštenost o dijabetesu, te na koji način se može sa dijabetesom živeti ili čak sprečiti promenom načina života.
Eksperimenti ovde opisani se mogu bezbedno izvoditi u školskim laboratorijama, jer reagensi , koji se upotrebljavaju, nisu opasne materije u skladu sa Regulativom o opasnim materijama (EC Regulation 67/548/EEC). Nivo natrijum azida, koji se koristi kao konzervans reagensa, je ispod najnižeg nivoa toksičnosti, prema Direktivi 1999/45/EC.
EksploHajdelbergw3 je nezvanični centar za nauku i interaktivnost. Ovaj Centar se sastoji od tri različite celine: interaktivne izložbe, virtualne laboratorije i laboratorije za biotehnologiju.
Na interaktivnoj izložbi, oko 50 izlagača nude posetiocima da isprobaju optičke, akustične i mehaničke fenomene. Pedagoški koncept i postavka interaktivne izložbe su razvijeni u bliskoj saradnji sa Pedagoškim univerzitetom u Hajdelberguw4. Obučeni nastavnici i osoblje sa Departmana za fiziku su uključeni kako u rad izložbe, tako i u razvoju edukativnih radionica, obuci nastavnika i razvojnim projektima.
Laboratorija za biotehnologiju omogućuje učenicima srednje i više škole da izvedu eksperimente iz biotehnologije u toku celodnevnih kurseva, a koje nisu u mogućnosti da izvedu u toku nastave u školama.
U virtuelnoj laboratoriji, koja je opremljena sa 12 radnih stanica, veb kamerama i video opremom dopunjuju se znanja stečena u toku nastave.
Interaktivna izložba i virtualna laboratorija su otvorene svakodnevno publici i svoj rad usredsređuju na interesovanje posetilaca za prirodne nauke. Laboratorija za biotehnologiju omogućuje učenicima škola i studentima na univerzitetu, nastavnicima i obučenim nastavnicima da u toku specijalnih kurseva , prema Školskom programu, saznaju više o biotehnološkim tehnikama rada. Učesnici moga da izaberu jednodnevne kurseve za izolaciju DNK ili proteina i jednonedeljne kurseve o visoko specijalizovanim tehnikama, o kojima se najčešće može čuti samo na univerzitetskom nivou.