Utjecaj kalcija na živa bića

1. PROMATRAJMO.

Kalcij je jedan od najrasprostranjenijih elemenata u prirodi. U Zemljinoj ga kori ima 3,63 %, a pojavljuje se u različitim mineralima silikata, karbonata, sulfata, fosfata i fluorida. U elementarnome se obliku ne nalazi u prirodi jer je izuzetno reaktivan. Na zraku se presvlači slojem oksida, CaO, i nitrida, Ca3N2, koji lako reagiraju s vlagom iz zraka. Zato se kalcij u granulama može ograničeno vrijeme čuvati u limenim i staklenim posudama.

Kalcij pripada elementima koji su potrebni za život u znatnim količinama. Razina kalcija u organizmu utječe na kvalitetu života svih živih bića ugrađujući se u strukture organizma ili staništa u kojemu organizmi žive. Kalcij je najzastupljeniji mineral u ljudskome tijelu. Oko 99 % kalcija nalazi se u kostima i zubima, a ostatak od oko jedan posto kalcija nalazi se u krvi, limfi i tjelesnim tekućinama.

Kalcij je količinski najzastupljeniji mineralni element u tijelu životinja te ga hrana treba sadržavati više od svih mineralnih elemenata zajedno. Mineralne hranjive tvari neprekidno kruže kroz organizme i okoliš u kojemu žive. U biljku ulaze kroz sustav korijena. Kalcij je jedan od 17 elemenata koji su prijeko potrebni biljci za rast i razvoj. Pripada skupini makroelemenata. Dolazi u ionskome obliku kao Ca2+ i električnim su silama zadržani uz koloidne čestice tla, čime je onemogućeno njihovo kretanje s vodom iz tla te ispiranje iz zone korijena.

Mnoge današnje bolesti ljudi, životinja i biljaka povezane su s nedostatnim unosom kalcija u organizam.

2. ŠTO ZNAMO O UOČENOJ POJAVI?

  • Iskoristivost kalcija u organizmu ovisi o mnogim čimbenicima.
  • Kalcij u ljudskome i životinjskome organizmu prijeko je potreban za propusnost staničnih membrana, zgrušavanje krvi, prijenos poruka među živcima, kontrakciju mišića i dr. S natrijem, kalijem i magnezijem regulira krvni tlak i ravnotežu vode u tijelu.
  • Kalcij u biljkama aktivator je enzima, regulator brojnih odgovora na okolišne podražaje te sastojak stanične stijenke.
  • Fizikalna i kemijska svojstva kalcija i njegovih spojeva možemo potvrditi eksperimentom.

3. POSTAVIMO ISTRAŽIVAČKA PITANJA.

  1. istraživačko pitanje: Unose li školska djeca dovoljno kalcija u organizam dnevnim unosom namirnica?
  2. istraživačko pitanje: Kako se smanjivanje količine kalcija u kostima odražava na ulogu kostiju u organizmu?

4. OBLIKUJMO PRETPOSTAVKU.

Promjena količine kalcija u organizmu uzrokuje neželjene posljedice za organizam.

5. PLANIRAJMO I PROVEDIMO ISTRAŽIVANJE.

Učenici su podijeljeni na skupine. Unutar skupine se učenici organiziraju i dijele zadatke svakomu članu.

a) proučavanje literature

Prva skupina

  •  Istražuje mehanizme ulaska kalcija u ljudski organizam.
  •  Istražuje povezanost kalcija u ljudskome organizmu i BMD-a.
  •  Istražuje uzroke i posljedice smanjenja kalcija u ljudskome organizmu.

Druga skupina

  • Istražuje mehanizme ulaska kalcija u životinjski organizam.
  •  Istražuje povezanost kalcija u životinjskome organizmu i BMD-a.
  • Istražuje uzroke i posljedice smanjenja kalcija u životinjskome organizmu.

Treća skupina

  • Istražuje mehanizme ulaska kalcija u biljku.
  •  Istražuje povezanost kalcija u biljnome organizmu i KIK-a.
  • Istražuje uzroke i posljedice smanjenja kalcija u biljnome organizmu.

Tijekom rada učenici se služe sljedećim digitalnim izvorima informacija: repozitorijem Medicinskoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, PubMedom.

Svaka skupina treba izdvojiti tri rada ili članka na zadanu temu te proučiti odabrane radove ili članke. Skupine razmjenjuju dobivene rezultate pretraživanja s ostalim članovima skupine služeći se digitalnim alatom Padlet. 

EKSPERIMENTALNI DIO

  1. istraživačko pitanje: Unose li školska djeca dovoljno kalcija u organizam dnevnim unosom namirnica?
  2. istraživačko pitanje: Kako se smanjivanje količine kalcija u kostima odražava na ulogu kostiju u organizmu?

a) Analiza unosa kalcija u organizam učenika u razrednome odjelu

U 1. tablici dostupnoj na mrežnom mjestu 1 prikazane su količine kalcija u različitim namirnicama iskazane u mg/100 g namirnice.

Analiza tablice:

  • preporučen je dnevni unos kalcija između 800 do 1300 mg/dan.
  • glavni izvor vitamina D jest Sunce, a hranom osiguravamo ≤100 IU/dan.
  • vitamin D neophodan je za apsorpciju kalcija.

1. zadatak

Svaki učenik zapisuje svoj dnevni meni, izračunava unos kalcija (u mg) služeći se podatcima iz 1. tablice i uspoređuje s preporučenim dnevnim unosom kalcija za svoju dob.

Na mrežnim stranicama može se pronaći kalkulator kojim se procjenjuje koliki je dnevni unos kalcija ovisno o namirnicama koje unosimo. 

Time se lako može odrediti koliko bi se još kalcija trebalo unijeti u organizam putem pojedine namirnice, ako je to potrebno. Prilikom računanja treba voditi računa o tome da su vrijednosti kalcija u namirnicama iskazane u 100 g, stoga treba odrediti procjenu prema količini unesenih namirnica.

Dobivene dnevne vrijednosti unesenoga kalcija u mg treba unijeti u tablicu i grafički prikazati u koordinatnome sustavu tako da na os x stavite redni broj učenika, a na os y dobivene vrijednosti unesenoga kalcija u mg u jednome danu. Referentna vrijednost grafa određuje se prema vrijednostima zapisanima u 1. tablici prema srednjoj vrijednosti dobi učenika u razredu, kao na primjeru za učenike od 14 do 18 godina. Izradite grafikon služeći se digitalnim alatomMetaChart.

2. zadatak

Odredite srednju dob učenika u razredu i prema preporučenome dnevnom unosu kalcija (1. tablica) složite tjedni meni namirnica (2. tablica) koji će zadovoljiti dnevne potrebe za kalcijem. Posložite odabrane namirnice u tablicu i precrtajte ju prema danome predlošku u svoj dnevnik rada.

Tablica je izrađena prema preporukama HZN-a za dobivenu dob učenika (srednja vrijednost dobi učenika u razredu) i prikazuje unos namirnica po danima u tjednu da bi se zadovoljio dnevni unos kalcija.

b) Dokazivanje prisutnosti kalcija u živim bićima

Istraživačko pitanje: Kako smanjivanje količine kalcija u kostima utječe na ulogu kostiju u organizmu?

DOKAZIVANJE KALCIJA U KOSTIMA

OPREZ! Izvodite pažljivo pokus koristeći se rukavicama i zaštitnim naočalama.

Laboratorijski pribor mora biti čist i ispran destiliranom vodom. U protivnome nećete dobiti dobre rezultate u bojenju plamenom.

Pribor i kemikalije: plinski plamenik, satno stakalce, željezna žica, kapalica s gumicom, metalna kliješta, zaštitne naočale, rukavice, dvije pileće kosti, čaša, otopina kalcijeva klorida, otopina klorovodične kiseline.

Opis postupka (1.) Upalite plinski plamenik i namjestite dotok zraka tako da dobijete šušteći plamen. Neka vam otvor za dotok zraka bude otvoren. Stavite jednu kap otopine kalcijeva klorida na satno stakalce. Užarite vrh željezne žice u šuštećemu plamenu plinskoga plamenika i dotaknite užarenim vrhom kapljicu s otopinom kalcijeva klorida. Prinesite satno stakalce s vrhom užarene žice u otopini soli do otvora kroz koji plamen uvlači zrak.

  1. U koju boju kalcijeva sol boji plamen?
  2. Kako je otopina soli došla do plamena?

Opis postupka (2.) Uzmite pileću kost metalnim kliještima i pažljivo ju žarite na plinskome plameniku nekoliko minuta.

  1. U koju boju žarenje kosti boji plamen? Usporedi ju s bojom plamena otopine kalcijeve soli.
  2. Koja kompleksna kalcijeva sol gradi kosti?
  3. Što možeš zaključiti na osnovi dobivenih istih boja plamena?

Opis postupka (3.) Izvažite pileću kost. Nakon vaganja ubacite kost u čašu s razrijeđenom klorovodičnom kiselinom i ostavite ju stajati pet dana. Pažljivo izvadite kost iz čaše i isperite ju vodom. Izvažite kost i pokušajte ju saviti.

  1. Ima li razlike u masama kosti prije i poslije ubacivanja u klorovodičnu kiselinu?
  2. Je li kost i dalje čvrsta?
  3. Ima li razlike u masama kosti prije i poslije ubacivanja u klorovodičnu kiselinu?
  4. Možete li, na osnovi rezultata, zaključiti što je klorovodična kiselina otopila: anorganski dio – kalcijevu sol ili organski dio – kolagen?
  5. Izvedite zaključak.

Jesu li kosti i dalje jednako funkcionalne nakon izvlačenja kalcija iz njih, tj. s nedovoljnom količinom kalcija u svome sastavu? S obzirom na to da će doći do smanjene mase kosti nakon djelovanja kiseline, zbog smanjivanja kalcija u kostima (razgradnja kalcijeve soli) dolazi do gubitka funkcije kosti i pojave neželjene posljedice na organizam sa smanjivanjem razine kalcija, što potvrđuje pretpostavku s početka.

SVOJSTVA KALCIJEVA KARBONATA U LJUŠTURI PUŽEVE KUĆICE ILI ŠKOLJKE

Pribor i kemikalije: plamenik, tronožac, metalna kliješta ili pinceta, lončić za žarenje, trokutić za žarenje, dvije čaše od 50 mL, 2 epruvete, kapaljka, žličica, školjka ili puževa kućica, otopina fenolftaleina, voda, kalcijev karbonat, CaCO3.

Opis postupka (1) Ulijte u jednu epruvetu nekoliko mililitara vode i dodajte malo kalcijeva karbonata. Dodajte malo fenolftaleina u dobivenu otopinu. Stavite jednu malu žličicu CaCO3 u lončić za žarenje i namjestite ju na trokutić za žarenje. Žarite otprilike deset minuta i ostavite ju da se ohladi. Nakon hlađenja žličicom prebacite sadržaj iz lončića u epruvetu i dodajte oko 5 mL vode. Dodajte nekoliko kapi fenolftaleina u dobivenu otopinu.

  1. Je li CaCO3 topiv u vodi?
  2. Što se dogodilo dodavanjem fenolftaleina prije žarenja, a što nakon žarenja?
  3. Što se dogodilo s CaCO3 nakon žarenja?
  4. Napišite opisanu reakciju kemijskom jednadžbom nakon žarenja i nakon dodavanja vode.

Opis postupka (2) Ubacite školjku ili puževu kućicu u čašu s vodom. Dodajte nekoliko kapi fenolftaleina. Primite drugu školjku ili puževu kućicu metalnim kliještima ili pincetom te ju prinesite plamenu plinskoga plamenika. Žarite ju nekoliko minuta. Nakon žarenja ubacite kućicu ili školjku u čašu s vodom i dodajte nekoliko kapi fenolftaleina.

  1. Što se dogodilo ubacivanjem školjke ili puževe kućice u vodu?
  2. Što se dogodilo dodavanjem fenolftaleina prije žarenja, a što nakon žarenja?
  3. Uspoređujući prvi i drugi dio eksperimenta, zaključite koji je sastav ljušturice.  

6. ANALIZIRAJMO REZULTATE I DONESIMO ZAKLJUČKE.

Analizirajte dobivene rezultate i zaključite unosi li se dovoljno kalcija u organizam u populaciji školske djece. Donesite zaključak na osnovi istraživanja literature i provedbi eksperimentalnoga dijela.

7. NAŠA JE PRETPOSTAVKA POTVRĐENA. / NAŠA JE PRETPOSTAVKA OPOVRGNUTA.

Je li vaša pretpostavka prije izvedbe istraživačkoga rada bila točna? Ako je vaša pretpostavka opovrgnuta, razmislite o njoj i pokušajte s novom pretpostavkom.

8. NAPRAVIMO IZVJEŠTAJ.

Prikažite rezultate svoga rada prezentacijom ili plakatom izrađenim u PowerPointu ili Preziju. Prikažite pokuse služeći se alatom Chemix.

DODATAK ISTRAŽIVAČKOMU RADU

  1. korelacija: Biologija, Matematika
  2. međupredmetne teme: Zdravlje, Održivi razvoj, Osobni i socijalni razvoj, Učiti kako učiti, Uporaba informacijske i komunikacijske tehnologije

PITANJA ZA RASPRAVU:

  1. Kritički razmotrite i argumentirajte navedene tvrdnje.

• Razdoblje u kojemu se usvajaju poželjne prehrambene navike koje su osnova dobroga zdravlja jest adolescencija.

3. Predložite načine kako pojedince potaknuti na konzumaciju zdravih namirnica bogatih kalcijem i tako prevenirati bolesti uzrokovane manjkom kalcija u organizmu.

4. Istražite što je HAP i što je zajedničko gradiću Badersdorfu u austrijskome Gradišću i zubnoj caklini kralježnjaka.

5. Istražite na mrežnim stranicama tko je bio Linus Carl Pauling, dvostruki nobelovac, koji se kao trinaestogodišnjak zainteresirao za kemiju nakon što mu je vršnjak pokazao nekoliko kemijskih pokusa kojima se istražuje unos minerala u organizam.