Biología BGU 3 Plus - Maya Educación by Maya Educación

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Los libros de texto escolares de la serie tendencias de Maya Ediciones han recibido la certificación curricular mediante los acuerdos emitidos por el Ministerio de Educación del Ecuador, los cuales se sustentan en los informes de evaluación elaborados por las universidades. Con el cumplimiento de los requisitos legales, se autoriza su utilización en las diversas asignaturas del Bachillerato General Unificado. Los aspectos evaluados por las universidades son: 1) rigor científico; 2) rigor conceptual; 3) rigor didáctico; 4) rigor de diseño; 5) rigor lingüístico.

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La evaluación y la certificación aseguran la excelencia de los contenidos y los recursos didácticos de nuestros materiales educativos.

En nuestra portada A pesar de que la contaminación y el calentamiento de los océanos mata a millones de organismos acuáticos por día, las medusas prácticamente no sufren con el problema debido a su gran capacidad de adaptación a los cambios ambientales.

tendencias serie de BGU 2.0

Matriz Quito: Av. 6 de Diciembre N52-84 y José Barreiro, sector Kennedy Telfs.: (02) 281 3112 | 281 3136 Cel.: 099 453 4929 | 099 358 6637 E-mail: info@mayaeducacion.com promocion@mayaeducacion.com

Biología

CERTIFICACIÓN CURRICULAR BIOLOGÍA 1º, 2º Y 3º CURSOS DE BGU ACUERDO Nro. MINEDUC-SFE-2019-00001-A “ESTOS LIBROS DE TEXTO RECIBIERON LA CERTIFICACIÓN CURRICULAR MEDIANTE EL ACUERDO MINISTERIAL NO. MINEDUC-SFE-2019-00001-A, EMITIDO POR EL MINISTERIO DE EDUCACIÓN DEL ECUADOR EL 15 DE ENERO DE 2019, SUSTENTADA EN LOS INFORMES DE EVALUACIÓN EMITIDOS POR LA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA INDOAMÉRICA; POR LO CUAL SE GARANTIZA LA CALIDAD DE ESTE LIBRO DE TEXTO Y SE AUTORIZA SU UTILIZACIÓN COMO LIBRO DE TEXTO PRINCIPAL DE LA ASIGNATURA DE BIOLOGÍA 1º, 2º Y 3º CURSOS DE BGU. LAS INTERPRETACIONES, AFIRMACIONES, COMENTARIOS, OPINIONES, EXPRESIONES, EXPLICACIONES CONTENIDAS EN ESTE TEXTO, SON DE RESPONSABILIDAD EXCLUSIVA DE SU AUTOR, DE CONFORMIDAD CON LO PRESCRITO EN LA LEY DE PROPIEDAD INTELECTUAL. LA CERTIFICACIÓN CURRICULAR TIENE UNA VALIDEZ DE TRES AÑOS LECTIVOS, CONTADOS A PARTIR DEL AÑO DE EXPEDICIÓN DEL ACUERDO MINISTERIAL, SIEMPRE Y CUANDO REFLEJE EL CURRÍCULO NACIONAL VIGENTE.” NOTIFÍQUESE.- Dado en Quito, D.M., a los 15 día(s) del mes de Enero de dos mil diecinueve. Documento firmado electrónicamente SR. MGS. JOSÉ GUILLERMO BRITO ALBUJA SUBSECRETARIO DE FUNDAMENTOS EDUCATIVOS

Esta obra fue concebida y producida por el equipo pedagógico de la Editorial. Dirección general: Patricio Bustos Peñaherrera Editor general: Juan Páez Salcedo Editor: Juan Páez Salcedo Autor: Karina Paredes Ruiz Corrección de estilo: Cristina Mancero Baquerizo Coordinación editorial: Soledad Martínez Rojas Dirección de arte: Paulina Segovia Larrea Diseño gráfico: Javier Cañas Benavides Diagramación: Javier Cañas Benavides Investigación gráfica: Flavio Muñoz Mejía Investigación TIC: Fernando Bustos Cabrera Coordinación diseño y producción: Santiago Carvajal Sulca Portada: Medusa, (2018) Han Maomin, Shutterstock.com Ilustraciones: Maya Ediciones, Shutterstock y sitios web debidamente referidos Fotografías: Shutterstock y sitios web debidamente referidos © MAYA EDICIONES CÍA. LTDA., 2019 Av. 6 de Diciembre N52-84 y José Barreiro Teléfono: 02 510 2447 coordinacion@mayaeducacion.com www.mayaeducacion.com Quito, Ecuador ISBN: 978-9978-92-048-0 Impreso por Imprenta Don Bosco – Quito, Ecuador Este libro no podrá ser reproducido total o parcialmente por ningún medio electrónico, mecánico, fotocopia o cualquier otro método de reproducción sin previa autorización de la Editorial.

La Editorial incluye en este texto varios URL de sitios web que, en su momento, estaban en pleno funcionamiento; sin embargo, estos podrían haberse eliminado o cambiado por decisión de los creadores de esos portales.

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Información personal Nombre: Dirección: Teléfono: E-mail: Colegio: Curso: Ciudad:

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Presentación La editorial presenta a la comunidad educativa ecuatoriana la serie de textos Tendencias, para la asignatura de Biología de primero, segundo y tercer curso de Bachillerato General Unificado (BGU), que aplica todos los lineamientos que establece el Ajuste Curricular del Ministerio de Educación, respecto a: enfoque de la asignatura; contribución al perfil de salida del bachillerato; fundamentos pedagógicos y epistemológicos de la asignatura; orientaciones para la conversión de bloques curriculares en unidades didácticas; objetivos generales del área; objetivos de la asignatura; destrezas con criterios de desempeño; y criterios e indicadores de evaluación de la asignatura. Debemos destacar que cada texto de la serie Tendencias ha sido elaborado por un equipo multidisciplinario de gran calidad, compuesto por: editores, autores, correctores de estilo, diseñadores gráficos e investigadores de imágenes. La finalidad principal de este proyecto editorial es que los estudiantes, con una adecuada mediación docente, alcancen las destrezas necesarias para desarrollar el pensamiento científico y los valores. Para lograrlo, hemos desarrollado una estructura de texto que complementa el desarrollo de conceptos científicos actualizados y significativos, con abundantes evaluaciones, experimentos y TIC, que fomentan en los estudiantes la adquisición de las habilidades necesarias para un mundo exigente. Esperamos que este material se constituya en un espacio de lectura científica, análisis, reflexión, acción crítica, aplicación y transformación de la realidad. Cordialmente, La editorial

Índice Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Conoce tu libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

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Unidad 1 Ácidos nucleicos y acción enzimática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Ácidos nucleicos, transmisores de la información genética . . . . . . . . 10 Cromosomas y genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Transcripción y traducción del ARN I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Transcripción y traducción del ARN II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Acción enzimática en los procesos metabólicos celulares . . . . . . . . . 26 Laboratorio 1. Extracción de ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

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Unidad 2 Procesos de reproducción y desarrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 La reproducción, instinto vital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Importancia de la reproducción sexual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 La formación de gametos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 El cáncer, cuando las células se dividen sin control . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Fecundación, concepción, desarrollo y parto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 De la fertilización a la concepción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 La organogénesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Crecimiento y desarrollo del ser humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Laboratorio 2. Desarrollo de embriones de pollo . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

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Unidad 3

Genética y herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Las leyes de Mendel I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Las leyes de Mendel II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Leyes y principios no mendelianos I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Leyes y principios no mendelianos II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Teoría cromosómica de la herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Genética de poblaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Desarrollo histórico de la genética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Laboratorio 3. Genética de poblaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

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Unidad 4 ADN e ingeniería genética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Cambios del ADN: alteraciones génicas, cromosómicas y genómicas I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Cambios del ADN: alteraciones génicas, cromosómicas y genómicas II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Ingeniería genética: producción de alimentos y fármacos I . . . . . . . . . 116 Ingeniería genética: producción de alimentos y fármacos II . . . . . . . . 120 Avances tecnológicos y necesidades humanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Laboratorio 4. Resistencia de las bacterias a los antibióticos . . . . . 128 Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

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Unidad 5 Problemas ambientales globales y biodiversidad . . . . . . . . . . . . 132 Actividades que afectan los sistemas globales I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Actividades que afectan los sistemas globales II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Conservación de la biodiversidad in situ y ex situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Tecnología y desarrollo sostenible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Laboratorio 5. Elaboración de productos de higiene personal . . . 150 Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

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Unidad 6 Procesos biológicos en vegetales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Fotosíntesis y respiración celular I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Fotosíntesis y respiración celular II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Sistemas de transporte en las plantas I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Sistemas de transporte en las plantas II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Regulación del crecimiento y desarrollo vegetal I . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Regulación del crecimiento y desarrollo vegetal II . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Reproducción de las plantas I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Reproducción de las plantas II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 La biotecnología en la agricultura y medicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Laboratorio 6. Efecto del etileno sobre el crecimiento de plántulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Laboratorio 7. Estructura de la flor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Evaluación sumativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Bibliografía y webgrafía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Bloques desarrollados en cada unidad

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Bloque curricular 1

BC 4 Bloque curricular 4

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Bloque curricular 2

BC 5 Bloque curricular 5

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Bloque curricular 3 5

Conoce tu libro 1

UNIDAD

Objetivos

Ácidos nucleicos y acción enzimática

• O.CN.B.5.2. Desarrollar la curiosidad intelectual para comprender los principales conceptos, modelos, teorías y leyes relacionadas con los sistemas biológicos a diferentes escalas, desde los procesos subcelulares hasta la dinámica de los ecosistemas, y los procesos por los cuales los seres vivos persisten y cambian a lo largo del tiempo, para actuar con respeto hacia nosotros y la naturaleza.

Apertura de unidad

Doble página que incluye una fotografía motivadora, relacionada con los temas que se tratarán, y un texto introductorio. En la página derecha hay un recuadro con los objetivos de la unidad (de área o de subnivel). Shutterstock, (2018). 651647128

• O.CN.B.5.6. Manejar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) para apoyar sus procesos de aprendizaje, por medio de la indagación efectiva de información científica, la identificación y selección de fuentes confiables, y el uso de herramientas que permitan una adecuada divulgación de la información

E 8

Contenidos científicos y pedagógicos

n esta unidad haremos un viaje molecular para explorar de qué manera la estructura química y las características de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) han permitido que se transmita la información genética desde el primer ser viviente que pobló la Tierra, hasta las especies actuales. Para ello, es necesario comprender la intervención de los cromosomas y los genes, y de aque-

• O.CN.B.5.5. Planificar y llevar a cabo investigaciones de campo, de laboratorio, de gestión o de otros tipos, que incluyan la exigencia de un trabajo en equipo, la recolección y análisis de datos cuantitativos y cualitativos; la interpretación de evidencias; la evaluación de los resultados de manera crítica, creativa y reflexiva, para la comunicación de los hallazgos, resultados, argumentos y conclusiones con honestidad.

El conocimiento de los ácidos nucleicos y su relación con la herencia permite manipular la información para prevenir posibles enfermedades o fabricar proteínas deseadas.

llos mecanismos que permiten que esta información genética se exprese en los seres vivos de manera fiel: los procesos de transcripción y traducción. Es necesario entender, asimismo, que la mediación de unas proteínas especiales, llamadas enzimas, es imprescindible para facilitar estos y otros procesos metabólicos.

CN.B.5.1.13. Experimentar con los procesos de mitosis, meiosis, y demostrar la trasmisión de la información genética a la descendencia por medio de la fertilización.

Desequilibrio cognitivo Si hay estrategias sencillas para multiplicarse, ¿por qué hay seres que gastan tanta energía en procrear?

ab c

Glosario

Estrategias reproductivas Así como hay gran variedad de formas de vida, las estrategias para producir nuevos individuos son innumerables, sin embargo, se pueden tipificar dos: a) una rápida multiplicación al menor costo energético posible, como el caso de las bacterias; b) una multiplicación más lenta, más costosa, pero que facilita la variabilidad genética y con esto permite una respuesta rápida a los cambios ambientales y, a largo plazo, continuar con la evolución y prolongación de la especie, como en el caso de los diversos mamíferos. Shutterstock, (2018). 359162273

Luego está el desequilibrio cognitivo, una pregunta que cuestiona los conocimientos que posee el estudiante y lo desestabiliza con el fin de que reconstruya su saber.

 Los machos de ciertas aves, como estos gallitos de la peña, bailan y se exhiben frente a las hembras para que sean ellas quienes escojan los mejores genes que heredarán sus crías.

Ciclo celular Punto de control G2 Duplicación del ADN

La reproducción asexual y la mitosis Hay organismos que para sobrevivir a las condiciones ambientales deben reproducirse rápidamente. En ciertos casos, no es necesario el encuentro de dos padres que intercambien su material genético; con un solo individuo basta para que surjan nuevos seres. Esta estrategia produce muchos descendientes que tienen el mismo contenido genético de su único progenitor. El mecanismo que utiliza la mayoría de los seres que se reproducen asexualmente se llama mitosis.

Aprox. 8 horas

Crecimiento celular Aprox. 4 horas

Aprox. 1-2 horas

Crecimiento celular

Profase Metafase Anafase Telofase Citoc inesis

TIC

Aprox. 10 horas

Punto de control G1 Interfase

Laboratorio casero Shutterstock, (2018). 492066634

M = Mitosis

Reproducción vegetativa de cactus Los cactus suelen generar brotes que pueden desprenderse fácilmente para tener un nuevo individuo. Esta reproducción es asexual. Lo que tienes que hacer es extraer cuidadosamente con la mano un hijuelo y sembrarlo en suelo de tipo arenoso. Ponlo en un lugar en el que reciba luz solar directa y riégalo cada cinco o seis días. En pocas semanas echará raíces y habrás logrado un nuevo individuo independiente.

 La reproducción asexual o vegetativa es frecuente en las plantas, como en el caso de estas frutillas.

Una célula recién formada necesita crecer y producir moléculas que le permitan cumplir sus funciones vitales. La interfase, en células eucariotas, se encarga de ello en tres etapas. La primera se llama G1 y se dedica a la síntesis de organelas, proteínas y sustancias que permiten la diferenciación de la célula, de acuerdo con la función que tiene que cumplir; así, por ejemplo, una célula del hígado ya no podrá confundirse con una de piel o una nerviosa. La segunda etapa se llama S y aquí es donde se produce el proceso de duplicación del ADN; su objetivo es tener toda una copia completa de los cromosomas de la especie que será destinada a la nueva generación. Por último, la tercera etapa, G2, es una corta fase de preparación y acopio de proteínas que serán necesarias durante la fase de división celular, que es la mitosis.

La reproducción no es una función que esté asegurada; requiere de un gran gasto de energía y de exposición al riesgo, pues en algunos casos cobra la vida de los progenitores. Un ejemplo conocido es el de la mantis, cuya hembra devora al macho después de la cópula.

variabilidad genética. Conjunto de diferencias en los genes de una población.

Shutterstock, (2018). 642379033

Importancia de la reproducción para los seres vivos Basta con que haya una célula para que haya vida, y desde el momento en que esta célula inicia el ciclo vital, se va agotando el tiempo que culminará con su muerte. Con los organismos pluricelulares sucede igual, y si no hubiera ese instinto de perpetuar la especie y la necesidad de transmitir características a las nuevas generaciones, nuestro planeta estuviera deshabitado. La reproducción es una exigencia esencial; desde los seres más simples hasta los más complejos responden a esta necesidad.

Shutterstock, (2018). 428088241

¿Has visto reproducción en animales o vegetales? ¿Cómo es?

Las destrezas con criterio de desempeño se ubican al inicio de cada tema. A continuación están los saberes previos: un recuadro con una pregunta que genera aprendizaje significativo al relacionar las experiencias previas del estudiante con el nuevo conocimiento que aprenderá.

El ciclo celular Antes de iniciar con la revisión del proceso de mitosis, es importante recordar que, al igual que los seres vivos necesitan alcanzar su máximo desarrollo antes de estar listos para reproducirse, las células que se van a reproducir también necesitan periodos de preparación. En general, la vida de la célula transcurre en dos estadios: el primero se conoce como interfase y el segundo corresponde a la división celular.

1. La reproducción, instinto vital

Saberes previos

 Esquema de las etapas de la interfase y de la división celular, los dos componentes del ciclo celular.

En el siguiente enlace, encontrarás un video sobre la mitosis: www.mayedu.ec/bio3/p37 Luego de observarlo, responde: ¿todas las células entran en mitosis?

Las cuatro fases de la mitosis La división celular por mitosis suele ser un proceso rápido que en algunos casos puede tomar pocas horas, como en el caso de células de las raíces, de yemas de plantas en crecimiento, de células intestinales, de células de la piel de los animales. Todas ellas necesitan de un recambio constante.

Posteriormente viene el desarrollo de contenidos, los cuales están trabajados en función de la destreza; se apoyan en fotografías, organizadores gráficos e ilustraciones pertinentes.

TIC

Secciones móviles

• TIC: utiliza portales web como herramientas de investigación, y también para reforzar aprendizajes. • Interdisciplinariedad: permite relacionar la biología con otras ciencias. Ejemplos: biología y arte, biología e industria, etc. • Laboratorios caseros: son experiencias cortas y sencillas de realizar con material casero.

Visita el siguiente enlace y observa el video sobre qué es el cáncer: www.mayedu.ec/bio3/p6

Interdisciplinariedad Genética y farmacéutica Ambas ciencias colaboran para producir la hormona insulina de manera más eficiente y así mejorar la calidad de vida de las personas con diabetes.

Realiza un cuadro sinóptico sobre los diferentes tipos de cáncer. Indaga de qué organismo se obtiene insulina.

Laboratorio casero Toma un huevo de gallina, pártelo con cuidado y deposítalo en un tazón. Luego, identifica las siguientes estructuras: cáscara, membrana de la cáscara, cámara de aire, saco vitelino, yema, las chalazas, albúmina fluida y densa externa, albúmina fluida y densa interna. Describe cuál es la función de cada una.

Evaluación formativa

La traducción también tiene tres etapas que se detallan a continuación:

Fase de la traducción

Eventos que suceden

1. Iniciación

La molécula de mARN se ancla a la subunidad pequeña de un ribosoma. Luego, la subunidad grande se posiciona sobre este sistema. Entonces llega el tARN que lleva el anticodón de inicio y se coloca en el sitio P del ribosoma. 2. Alargamiento El tARN con el anticodón correspondiente a la siguiente secuencia de nucleótidos en el mARN llega al sitio A. Ahora se establece un enlace peptídico entre el aminoácido de la posición P y el que llegó a la posición A. Así empieza a formarse la proteína. A continuación, el primer tARN abandona el ribosoma, el segundo tARN migra al sitio P que ha quedado vacío, obligando a que el mARN al que está unido también se mueva. Un tercer tARN llega al sitio A I.CN.B.5.3.1. Explica, desde la fundamentación científica y modelos, la importancia del ADN como portador de la información genética, transmisor de la herencia, su estructura, función, proceso y comprendiendo se produce un nuevo enlace peptídico de transcripción y traducción del ARN, las causas y consecuencias de la alteración genética y cromosómica. entresobre los duplicación, aminoácidos cercanos. Este 1 Completa el siguiente cuadro comparativo transcripción y traducción. proceso se repite una y otra vez, Duplicación Transcripción a medida que se van leyendo los Traducción codoMolécula que inicia el proceso ADN nes del mARN y en cada oportunidad la Molécula con la que finaliza ADN crece con un aminoácido más. proteína Lugar de la célula donde se realiza citoplasma 3. Finalización Una vez que se lleganúcleo al fin del mARN, el Enzimas específicas codón de terminación también se traduBases nitrogenadas que se reconocen cirá a aminoácido Entonces el ribosoma mARN-tARN se desensambla y las moléculas particise liberan. Se ha formado así una 2 Explica por qué casi todas las proteínaspantes empiezan con el aminoácido metionina. nueva proteína. (a) Iniciación

io Sit

io Sit P

fMet

3’

Completa el siguiente cuadro comparativo sobre duplicación, transcripción y traducción.

ad nid e bu nd Su gra fMet

fMet

Duplicación

5’

UAC

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5’

I.CN.B.5.3.1. Explica, desde la fundamentación científica y modelos, la importancia del ADN como portador de la información genética, transmisor de la herencia, comprendiendo su estructura, función, proceso de transcripción y traducción del ARN, las causas y consecuencias de la alteración genética y cromosómica.

UAC

3’

Subunidad pequeña

mRNA

A UG

3’

Ribosoma completo

(b) Alargamiento

Enlace peptídico

La traducción también tiene tres etapas que se detallan a continuación:

Eventos que suceden

1. Iniciación (a) Iniciación

SitioA

SitioP

dad uninde Subgra fMet

fMet

3’

5’

UAC

A UG

5’

UAC

3’

Subunidad pequeña

UAC

A UG

5’

A UG

3’

De la hélice de DNA

mRNA

Ribosoma completo

2. Alargamiento (b) Alargamiento

Enlace peptídico

Glosario

phe

t fMe

fMet

ab c

val

phe

AAG

CAG GUC UUC AUG

5’

3’

CAG AAG GGUCUUC 5’ U

3. Finalización

Interdisciplinariedad

éptid o libre

Factor de liberación

Genética y taxonomía La mayor cantidad de especies de organismos descritas a lo largo de la historia han sido identificadas a partir de especímenes colectados que reposan en los museos alrededor del mundo. Muchas veces sus características físicas eran tan similares que se las confundía fácilmente como miembros de una misma especie, sin serlo. En la actualidad, los bancos de genes permiten revisar las especies y razas, y descubrir esos errores de clasificación.

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La molécula de mARN se ancla a la subunidad pequeña de un ribosoma. Luego, la subunidad grande se posiciona sobre este sistema. Entonces llega el tARN que lleva el anticodón de inicio y se coloca en el sitio P del ribosoma. El tARN con el anticodón correspondiente a la siguiente secuencia de nucleótidos en el mARN llega al sitio A. Ahora se establece un enlace peptídico entre el aminoácido de la posición P y el que llegó a la posición A. Así empieza Genética y taxonomía a formarse la proteína. A continuación, La elmayor cantidad de especies el primer tARN abandona ribosoma, el segundo tARN migrade al sitio P que organismos descritas a lo ha quedado vacío, obligando a que el largo de mARN al que está unido también sela historia han sido mueva. Un tercer tARNidentificadas llega al sitio A a partir de especíy se produce un nuevo enlace peptídico menes colectados que reposan entre los aminoácidos cercanos. Este proceso se repite una yen otralos vez, museos alrededor del a medida que se van leyendo los codomundo. Muchas veces sus nes del mARN y en cada oportunidad la proteína crece con un aminoácido más. características físicas eran tan Una vez que se llega al similares fin del mARN,que el se las confundía codón de terminación también se tradufácilmente cirá a aminoácido Entonces el ribosomacomo miembros de se desensambla y las moléculas partici- especie, sin serlo. En una misma pantes se liberan. Se ha formado así una la actualidad, los bancos de genueva proteína.

Interdisciplinariedad

fMet

val

UAC

UAC CAG A U G G U C U U 3’ C

enlace peptídico. Unión que se forma entre el nitrógeno de un aminoácido y el grupo carboxilo (COOH) de otro.

3’

Trabajo colaborativo: es una actividad para ser trabajada en equipo. Se acompaña de DFA (diversidad funcional en el aula), con una recomendación para trabajar adecuadamente con compañeros que tengan una discapacidad. AAC

5’

3’

5’

U G G U GA

3’

5’

CAG AAG GGUC UUC 5’ U

Traducción

núcleo

citoplasma

Enzimas específicas Bases nitrogenadas que se reconocen

3’

ipé ptid

mARN-tARN

Explica por qué casi todas las proteínas empiezan con el aminoácido metionina. ________________________________________________________________________________________________

Busca la reacción química que permite el enlace peptídico y represéntala con un esquema.

o libr e trp

AAC

AAC U G G U GA

3’

5’

U G G U GA

3’

5’

________________________________________________________________________________________________ Maya Ediciones, (2018).

Shutterstock, (2018). 553051120

Busca la reacciónaquímica el enlace represéntala los con un esquema. Recapitulando, partirque depermite los genes sepeptídico puede ytranscribir tres tipos de ARN y también se puede producir proteínas. Si bien cada una de nuestras células contiene el mismo contenido genético, no todas producen las mismas proteínas. Depende de los genes que se expresan en una célula muscular, una célula nerviosa o una célula de hígado, y eso, a su vez, es algo que se regula de acuerdo con el tipo de célula, o la etapa de desarrollo en la que se encuentra el individuo o los estímulos del ambiente. Diversidad 4ParaTrabajo colaborativo modificar la cantidad que se produce de una proteína específica, funcional en el aulala Formen grupos de cuatro personas y diseñen una maquecélula puede aumentar o disminuir la velocidad deSi hay transcripción o trata en la que se expliquen las tres fases de la traducción. Lo una discapacidad o difiducción, puede modificar lascodón-anticodón, proteínas para inactivas puede importante es resaltar la unión de que hacerlas cultades visuales, es o necesario ayudarnos unos a otros, ya sea se vea cómo se juntan los aminoácidos y cómo los mARN poner obstáculos a los procesos de transcripción ycon traducción. una explicación de los sucey tARN migran de lugar en cada paso del proceso. Sean

sos visuales o con un resumen de lo que sucede alrededor.

creativos, utilicen material reciclado o de reúso.

Es importante recordar que las mutaciones también influyen en la de los genes. Un dato interesante de notar es que las muta5expresión Actividad investigativa Sugerencias para

Diversidad funcional en el aula

Trabajo colaborativo Formen grupos de cuatro personas y diseñen una maqueta en la que se expliquen las tres fases de la traducción. Lo importante es resaltar la unión de codón-anticodón, que se vea cómo se juntan los aminoácidos y cómo los mARN y tARN migran de lugar en cada paso del proceso. Sean creativos, utilicen material reciclado o de reúso.

Si hay una discapacidad o dificultades visuales, es necesario ayudarnos unos a otros, ya sea con una explicación de los sucesos visuales o con un resumen de lo que sucede alrededor.

Actividad investigativa Indaga acerca de cómo se realiza la transcripción y traducción en células procariotas y elabora un dibujo explicativo que resalte las diferencias con el mismo proceso en células eucariotas.

Sugerencias para investigar Puedes encontrar esquemas similares en Internet, pero asegúrate de comprender bien el proceso antes de expresarlo como dibujo.

ciones son casideelcómo doble de frecuentes los hombres que en las mujeres Indaga acerca se realiza la transcripciónen y traducinvestigar ción en células procariotas elabora un dibujo explicativo Consortium, 2001.). (International Humany Genome Sequencing Puedes encontrar esquemas simique resalte las diferencias con el mismo proceso en células eucariotas.

Es importante recordar que 24 las mutaciones también influyen en la expresión de los genes. Un dato interesante de notar es que las mutaciones son casi el doble de frecuentes en los hombres que en las mujeres (International Human Genome Sequencing Consortium, 2001.).

ADN

Pol

Factor de liberación

trp

Maya Ediciones, (2018).

Recapitulando, a partir de los genes se puede transcribir los tres tipos de clasificación. ARN y también se puede producir proteínas. Si biende cada una de nuestras células contiene el mismo contenido genético, no todas producen las mismas proteínas. Depende de los genes que se expresan en una célula muscular, una célula nerviosa o una célula de hígado, y eso, a su vez, es algo que se regula de acuerdo con el tipo de célula, o la etapa de desarrollo en la que se encuentra el individuo o los estímulos del ambiente. Para modificar la cantidad que se produce de una proteína específica, la célula puede aumentar o disminuir la velocidad de transcripción o traducción, puede modificar las proteínas para hacerlas inactivas o puede poner obstáculos a los procesos de transcripción y traducción.

3’

ADN

Molécula con la que finaliza

5’

nes permiten revisar las especies y razas, y descubrir esos errores

Shutterstock, (2018). 553051120

AAC U G G U GA

phe

val

G AA

CAG GUC UUC AUG

5’

Evaluación formativa

Taller diseñado para evaluar las destrezas. Incluye actividades constructivistas en las dimensiones cognitiva, afectiva y psicomotriz, que invitan a la reflexión, acción crítica, comprensión profunda, desarrollo de valores, aplicación y transformación de la realidad. Fase de la traducción

et fM

enlace peptídico. Unión que se forma entre el nitrógeno de un aminoácido y el grupo carboxilo (COOH) de otro.

Evaluación formativa

fMe t

val

UAC

UAC CAG A U G G U C U U 3’ C

Molécula que inicia el proceso

Lugar de la célula donde se realiza

phe

val

fMet

Glosario

ab c

Transcripción

UAC

A UG

5’

De la hélice de DNA

lares en Internet, pero asegúrate de comprender bien el proceso antes de expresarlo como dibujo. 25

Actividad investigativa: desarrolla en los estudiantes su capacidad indagatoria. Sugerencias para investigar: orienta acerca de cómo indagar en diversas fuentes, mediante métodos y técnicas.

Laboratorio 1 • Un puñado de sal de mesa • Un tomate o fresas • Un mortero con su pistilo • Ablandador de carne en polvo • Agua para beber • Alcohol isopropílico helado • Jabón líquido • Vasos de precipitación • Agitadores de vidrio • Embudos • Un colador muy fino • Tubos de ensayo • Palillos de pinchos para frutas (de madera, delgados y largos) • Una gradilla • Un cuchillo • Goteros • Espátulas • Porta y cubreobjetos • Azul de metileno fresco y filtrado • Microscopio compuesto

Laboratorio

Este laboratorio está dividido en dos partes. En la primera, utilizarás reactivos para desintegrar el núcleo celular de una muestra vegetal, liberando las moléculas de ADN que hay en su interior. En la segunda parte, aislarás material genético que se encuentra en las células de tu mucosa bucal para comparar a través del microscopio con el ADN de la primera muestra. Es importante que antes de empezar, leas las instrucciones para que no cometas errores. También es necesario que para redactar la parte de conclusiones, previamente consultes cuál es la acción de cada reactivo que utilizarás, con la finalidad de que logres interpretar correctamente tus resultados.

Primera parte: extracción de ADN de una muestra vegetal

Shutterstock, (2018). 630914276

Vincula los conocimientos teóricos con los prácticos por medio de experiencias de aprendizaje novedosas, que se desarrollan a través del método científico y con materiales de bajo costo.

Introducción

 Imagen 1.

1. Lava las muestras de tomate o fresas para evitar cualquier contaminación. Corta la muestra en pedazos pequeños y colócala en el mortero. Añade un poco de agua para facilitar el proceso de moler la muestra. Se puede reemplazar el mortero por una licuadora, siempre y cuando se la utilice con pequeñas pulsaciones para evitar romper las fibras de ADN. (Ver imagen 1) 2. Colar el jugo espeso que se obtuvo en el paso anterior, y colocarlo en dos tubos de ensayo (tendrás dos muestras para asegurar un resultado positivo), cuidando de dejar libres dos terceras partes de su capacidad. 3. Añadir a cada muestra cinco gotas de jabón líquido y dejar reposar durante cinco minutos. 4. Añadir una espátula de sal a cada muestra y dejar reposar durante dos minutos. 5. Añadir una espátula de ablandador de carne y dejar reposar dos minutos más. 6. Este es el paso en el que debes poner mayor cuidado y precisión, porque de él depende obtener buenos resultados. En un tubo de ensayo limpio, coloca el alcohol isopropílico, el cual debe estar bien frío. Inclina el tubo con la muestra y desliza el alcohol lentamente por una de sus paredes, cuidando de que no se mezcle con la muestra. Deben quedarte dos fases: la inferior con el jugo vegetal y los reactivos, y la superior con el alcohol. Deja reposar durante cinco minutos más.

7. Introduce cuidadosamente el palillo de pincho hasta llegar al límite de las dos fases (donde jugo y alcohol se tocan). Mueve lentamente y de forma circular el palillo, como si estuvieras enrollando un hilo. Vas a notar las hebras de ADN que pueden ser cortas o largas, dependiendo del cuidado que hayas tenido al moler la muestra vegetal. (Ver imagen 2) 8. Coloca las fibras en un portaobjetos, tiñe con azul de metileno, coloca el cubreobjetos y observa a través del microscopio. Dibuja lo que observas.

Segunda parte: extracción de tu propio ADN

Shutterstock, (2018). 775430665

Obtener muestras de ADN a partir de tejidos vegetales y animales, y observarlas con el microscopio para evidenciar su presencia en todas las células.

Materiales

 Imagen 2.

1. Ten a mano un vaso con agua para beber. 2. Disuelve cinco cucharadas de sal en otro vaso con agua. Bebe un sorbo grande y mueve el líquido dentro de tu boca, de tal manera que el movimiento desprenda las células de tu mucosa bucal. Sigue haciéndolo durante treinta segundos y luego escupe este líquido en un vaso de precipitación muy limpio y seco. 3. Llena una tercera parte de dos tubos de ensayo con esta muestra. 4. Coloca en cada uno el jabón, la sal y el ablandador de carne, tal como hiciste con la muestra vegetal, dejando actuar a cada reactivo el tiempo que se recomendó anteriormente. 5. Coloca el alcohol con el mismo cuidado de antes y deja reposar. 6. Obtén las hebras de ADN como lo hiciste anteriormente y prepara las placas para verlas a través del microscopio. (Ver imagen 3) Realiza los dibujos correspondientes.

Shutterstock, (2018). 512900116

Objetivo

Extracción de ADN

 Imagen 3.

Resultados Al realizar tu informe, incluye los dibujos de lo que observaste con el microscopio, estableciendo comparaciones entre ambas muestras. Recuerda rotular y anotar el aumento con el que observaste.

Conclusiones Redacta cuál fue la función de cada uno de los reactivos usados, si tuviste buenos resultados, qué observaste con el microscopio, qué hiciste bien y qué pudiste haber hecho mejor, qué te resultó difícil y qué aprendiste con esta práctica.

Bibliografía En tu informe, anota las fuentes que consultaste sobre la acción de los reactivos, siguiendo el formato APA.

Evaluación sumativa

Evalúa toda la unidad. Sus preguntas y actividades dan cuenta de la destreza a evaluar, de los criterios o de los indicadores de evaluación.

I.CN.B.5.6.2. Relaciona los procesos anabólicos y catabólicos (fotosíntesis y la respiración celular) con la acción enzimática, los factores que inciden en la velocidad de las reacciones, los productos y flujos de energía.

Escribe en los espacios vacíos los literales de las características que corresponden a la fotosíntesis y de los que pertenecen a la respiración celular:

Fotosíntesis:

Coevaluación: es una actividad que se desarrolla y evalúa en equipo. Autoevaluación: incluye ítems de tipo: cognitivo, valorativo y procedimental que le permiten al estudiante valorar el avance en sus aprendizajes.

________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Respiración celular:

Anota en los espacios vacíos la letra D, si el enunciado corresponde a la fase dependiente de la luz; la letra I, si se trata de la fase independiente de la luz; la letra G, si se trata de la glucólisis; la letra K, si se habla del ciclo de Krebs ; y C para cadena de transporte de electrones. a) b) c) d) e) f) g) h)

Se rompe la molécula de H2O para producir NADPH y ATP. _______ Sucede en la matriz mitocondrial y produce ATP, NADH y FADH2. _______ Reacciones mediadas por varias enzimas, entre las cuales está rubisco. _______ Una molécula de glucosa se transforma en dos de ácido pirúvico. _______ También se lo conoce con el nombre de ciclo del ácido cítrico. _______ Sucede en el estroma y está catalizada por rubisco. _______ Sucede entre las membranas de la mitocondria y produce gran cantidad de ATP. Sucede en las tilacoides y depende de la clorofila. _______

Función que cumple

Dónde se encuentra

Características de sus células

Crecimiento en alto y grosor

8 A lo largo de toda la planta Están turgentes o se deshidratan

Estomas Almacenamiento, relleno Floema Laticíferos 194

Lleva sustancias elaboradas

I.CN.B.5.8.2. Expone, desde la investigación de campo, la importancia de los programas de salud pública, la accesibilidad a la salud individual y colectiva, el desarrollo y aplicación de la biotecnología al campo de la medicina y la agricultura.

Escribe en los espacios vacíos el nombre de las técnicas con las que la biotecnología brinda respuestas a los siguientes problemas:

Coevaluación Formen equipos de cinco estudiantes. Por turnos, expliquen cómo se desarrolla el ciclo de vida de una angiosperma. Evalúen, entre todos, su participación y la precisión de sus intervenciones.

Autoevaluación Tema\Puntaje

Lee la siguiente rúbrica y analiza con honestidad qué puntaje te corresponde. 3

Fotosíntesis y res- Estoy en capacidad de diferenciar Confundo términos o procesos, Es muy complejo explicar piración celular y explicar los objetivos y proce- pero consigo explicar cuál es el qué son la fotosíntesis y la sos principales de la fotosíntesis y objetivo y la importancia de los dos respiración celular y cuál es de la respiración celular procesos estudiados. su importancia para la vida. Anatomía y fisiología vegetal

En tallos y ramas

Células 2n que se dividen por meiosis. Estructuras reproductoras masculinas. Células n que se dividen por mitosis. Conjunto de pétalos que atraen a polinizadores. Estructuras reproductoras femeninas.

gametofito gineceo esporofito androceo corola

a) Escasez de alimentos: _______________________________________________________________________ b) Trastornos genéticos: _______________________________________________________________________

Completa el siguiente cuadro con la información que falta.

Escribe en el recuadro vacío el literal de la estructura que corresponde a las siguientes descripciones: a) b) c) d) e)

_______

I.CN.B.5.9.1. Explica los procesos que se realizan en las plantas (transporte, provisión de nutrientes, excreción de desechos, mecanismos de regulación del crecimiento, desarrollo vegetal, reproducción) desde la experimentación y la identificación de sus estructuras, función y factores que determinan la actividad.

Nombre del tejido o estructura

Identifica los errores que hay en el siguiente párrafo y corrígelos con el nombre de la hormona adecuada. Las hormonas vegetales regulan todas las funciones de la planta. Las auxinas, por ejemplo, facilitan la germinación de la semilla, mientras que las citocininas promueven el crecimiento en longitud de tallos y raíces. Las yemas laterales se producen por estímulo del ácido abscísico, y las giberelinas mantienen latentes las semillas hasta que puedan germinar. El etileno, por su parte, se encarga de la maduración y abscisión de los frutos.

i) Proceso catabólico ii) Transforma energía luminosa en química iii) Sucede en seres autótrofos iv) Cuando hay suficiente oxígeno, produce 38 moléculas de ATP v) Sucede en el cloroplasto vi) Se compone glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones

Reconozco las estructuras de las plantas y cómo intervienen en sus funciones vitales.

Me cuesta manejar toda la termino- Me es difícil identificar las logía botánica estudiada, pero puedo estructuras vegetales y relaexplicar cómo es que las plantas cionarlas con su función. cumplen con sus funciones vitales.

195

UNIDAD

E 8

Ácidos nucleicos y acción enzimática

Objetivos • O.CN.B.5.1. Demostrar habilidades de pensamiento científico a fin de lograr flexibilidad intelectual; espíritu crítico; curiosidad acerca de la vida y con respecto a los seres vivos y el ambiente; trabajo autónomo y en equipo, colaborativo y participativo; creatividad para enfrentar desafíos e interés por profundizar los conocimientos adquiridos y continuar aprendiendo a lo largo de la vida, actuando con ética y honestidad.

Shutterstock, (2018). 651647128

El conocimiento de los ácidos nucleicos y su relación con la herencia permite manipular la información para prevenir posibles enfermedades o fabricar proteínas deseadas.

CN.B.5.1.11. Usar modelos y describir la función del ADN como portador de la información genética que controla las características de los organismos y la transmisión de la herencia, y relacionar el ADN con los cromosomas y los genes.

1. Ácidos nucleicos, transmisores de

Saberes previos

la información genética

¿Por qué tienes rasgos similares a los de tus padres?

Antes de empezar a desentrañar la importancia de los ácidos nucleicos para los seres vivos, conviene recordar brevemente su composición química, pues de ella dependen sus funciones.

Desequilibrio cognitivo Si heredamos características de nuestros progenitores, ¿por qué cada hermano es diferente?

Glosario

polímero. Molécula de gran tamaño que se forma por la unión de varias subunidades que se repiten.

1. Un azúcar simple, constituido por un anillo de cinco carbones (por lo que se llama pentosa), que puede ser la ribosa o la desoxirribosa. En la imagen se aprecia que la única diferencia en la constitución química entre las dos pentosas es la ausencia de un oxígeno (representado con círculos rojos) en la desoxirribosa. De ahí el origen de su nombre. 2. La segunda subunidad de los nucleótidos es conocida como grupo fosfato, una molécula constituida esencialmente por un átomo central de fósforo y cuatro de oxígeno. El grupo fosfato es el mismo en ambos ácidos nucleicos. 3. Por último están las bases nitrogenadas, que se clasifican en dos grupos: a) las purinas, en cuya estructura existe un anillo doble de carbones; b) las pirimidinas, que tienen un anillo simple, como se puede ver en la imagen adjunta. Shutterstock, (2018). 292080173

Ribosa

Desoxirribosa Carbono

Oxígeno

Hidrógeno

 Representación de la constitución química de las pentosas.

Cada ácido nucleico tiene nucleótidos que se forman con cuatro bases nitrogenadas: dos purinas y dos pirimidinas. En el ADN están presentes la adenina, la guanina, la citosina y la timina. El ARN tiene las mismas bases nitrogenadas, a excepción de la timina, que es reemplazada por el uracilo. En resumen, un nucleótido es la unidad de los ácidos nucleicos (lo que en química se conoce como monómero). Se forma por la unión de tres moléculas: un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada.

O O P O O

Grupo fosfato

Base nitrogenada

CH2 H

Azúcar

 Nucleótido de ADN.

Bases nitrogenadas

NH2 N C C N H C N C N C H

Adenina

Timina

Guanina

Citosina

Uracilo

 Representación de la constitución química

de las bases nitrogenadas (purinas arriba y pirimidinas abajo).

Shutterstock, (2018). 523204774

Ribosa y desoxirribosa

Maya Ediciones, (2018).

ab c

Tanto el ARN (ácido ribonucleico) como el ADN (ácido desoxirribonucleico) son polímeros de subunidades llamadas nucleótidos, estas a su vez, están constituidas por la unión de tres moléculas diferentes:

Función de la molécula de ADN Cada célula de especies eucariotas protege en su núcleo la información genética que nos hace únicos e irrepetibles, y que está almacenada en forma de ADN dentro de los genes y cromosomas que detallaremos más adelante. Si ejemplificamos con la especie humana, poseemos 46 cromosomas de longitud variable, que en promedio tienen cadenas de ADN compuestas por alrededor de 150 millones de nucleótidos. A manera de síntesis, pues todo esto lo estudiaremos en esta unidad con mayor profundidad, la función del ADN consiste en transmitir, de manera bastante fiel, las características hereditarias de una generación a la siguiente (salvo pocas excepciones). Esto lo consigue gracias a que: 1. Puede almacenar gran cantidad de información dentro de los genes. 2. La información que contienen los genes puede interpretarse para construir las proteínas que son características de cada ser vivo. 3. El ADN tiene la capacidad de replicarse a sí mismo, en un proceso que se conoce con el nombre de duplicación.

a. Estructurales: el ADN es una especie de “receta” para que el organismo fabrique proteínas, por ejemplo construya músculos, cartílagos, uñas, etc. b. Funcionales: el ADN lleva la información necesaria para dirigir distintas funciones del cuerpo, por ejemplo la regulación de las funciones celulares, o el control de las enzimas. Así, ambos efectos confieren las características de cada ser vivo.

La clave del potencial del ADN reside en su composición química Por tanto, es importante revisar esta composición. Los nucleótidos de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) se juntan unos a otros mediante un tipo de enlace químico especial llamado fosfodiéster, que consiste en la unión de un grupo fosfato de un nucléotido con el azúcar de otro, lo que provoca la liberación de una molécula de agua. Es posible que te resulte familiar con la imagen de una escalera de caracol para representar a la molécula de ADN. Esta representación es así porque, cuando se ha formado una larga hebra de nucleótidos, las bases nitrogenadas que quedan en un extremo atraen a otras bases complementarias que están unidas a sus correspondientes nucleótidos. Entre ellos se forman nuevos enlaces químicos y se establece una cadena doble de nucleótidos en cuyo centro están las bases nitrogenadas, unidas por medio de puentes de hidrógeno. A diferencia de los enlaces químicos, los puentes de hidrógeno solo son fuerzas de atracción electromagnética que no comparten electrones y que pueden romperse fácilmente.

ab c

Glosario

célula eucariota. Aquella que se caracteriza por tener un núcleo definido y organelos con doble membrana. enlace químico. Unión de átomos o moléculas que se produce por la interacción de sus electrones.

Detalle de la estructura del ADN Puentes de hidrógeno F

Bases nitrogenadas

A G

C A

F G

C C

F F

A C

A F

Grupo fosfato

Desoxirribosa

G A

Maya Ediciones, (2018).

La información codificada por el ADN puede tener dos tipos de efectos:

 Los puentes de hidrógeno se forman entre adenina y timina (dos puentes) y entre guanina y citosina (tres), exclusivamente.

La molécula de ARN Además de tener nucleótidos que difieren en la pentosa y en una base nitrogenada, el ARN se distingue del ADN porque es un polímero de cadena simple, tal como se observa en la imagen.

Estructura del ARN A R U

La función del ARN es producir las proteínas propias de cada ser, en base a la información genética contenida en el ADN de sus genes.

R G

P R R Adenina (A)

Uracilo (U)

Citocina (C)

Ribosa (R)

Guanina (G)

Fosfato (P)

Shutterstock, (2018). 536415361

Para ello debe trasladarse del núcleo al citoplasma de la célula. El ARN se clasifica en tres tipos, de acuerdo a su estructura y función. Estos son los siguientes:

ARN mensajero (mARN)

Esqueleto de azúcar–fosfato

ARN ribosomal (rARN)

ARN de transferencia

 Cadena simple de nucleótidos de ARN.

Tipo de ARN

OH A 3’

ARN mensajero (mARN) A

U A A A U C

Poli A

5’

Subunidad pequeña

Capuchón

U G C G UA

U Pu

Nucleótidos

C C Pu

Sitio de unión del aminoácido

Subunidad grande

A A

Py C Py A Pu

Pu Pu Py

Bucle (o brazo) DPy

Pu G

Bucle (o brazo) TΨC

GC GC

Anticodón

Lugar de la célula donde se encuentra

Núcleo y citoplasma

Función

Copiar la información contenida en el ADN y llevarla al citoplasma para fabricar la proteína correspondiente.

Citoplasma

Formar parte estructural de los ribosomas, los organelos de la célula donde se fabrican las proteínas.

Transferir los aminoácidos que servirán para fabricar la proteína que se necesita.

Maya Ediciones, (2018).

Biología y antropología Recientes estudios de nuestro ADN han demostrado que contenemos una pequeña porción de genes que pertenecen al hombre de Neanderthal y a una especie aún no identificada encontrada en una cueva de Siberia. El análisis de un catedrático español (Muñoz, 2012) resalta que ya desde entonces el mestizaje enriqueció las posibilidades evolutivas del ser humano.

Shutterstock, (2018). 344201303

Interdisciplinariedad

Evaluación formativa 1

Completa el siguiente diagrama de Venn con diferencias y semejanzas entre los ácidos nucleicos. ADN _________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

________________

_________________________________

ARN

_______________

________________________________

Elabora una lista de 20 características o atributos (físicos o de temperamento) que te definan. Analiza cuáles de ellos son heredados de tus ancestros y cuáles son producto de tu experiencia y entorno. ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Trabajo colaborativo Forma un grupo junto con dos personas y busquen materiales cotidianos con los que puedan realizar una maqueta que represente las moléculas de los ácidos nucleicos (pueden usar hojas, flores, material para reciclaje). Detallen cómo son los nucleótidos y las características del ADN y del ARN. Expongan su maqueta ante el resto de la clase.

Actividad investigativa Los científicos Watson y Crick recibieron el premio Nobel de Medicina en 1962, tras publicar la estructura de la molécula de ADN. Investiga cuál fue la contribución de la química Rosalind Franklin a este descubrimiento y por qué su trabajo no fue reconocido. Relaciona esta información con el contexto histórico de este descubrimiento y escribe las conclusiones en tu cuaderno.

Diversidad funcional en el aula Aprovechen los colores, olores y texturas del material que van a utilizar para facilitar el aprendizaje.

Sugerencias para investigar Investigar la biografía de científicos prominentes ayuda a entender cómo concibieron sus ideas, las influencias que los marcaron y el legado que dejaron. 13

Cromosomas y genes

Saberes previos ¿Qué nos diferencia de los chimpancés?

La secuencia de bases nitrogenadas forma el lenguaje genético Si bien el ADN es el ácido nucleico que guarda la información genética, quien se encarga de poner en práctica esa información es el ARN, por medio de la síntesis de proteínas. Lo que hace único y diferente a cada ser son las proteínas que sus células fabrican, gracias a las instrucciones proporcionadas por el ADN, que se van heredando a cada célula que se divide y a los nuevos organismos, de generación en generación.

Desequilibrio cognitivo Si el núcleo de la célula es tan pequeño, ¿cómo es posible que contenga toda la información genética de seres complejos?

Estas instrucciones vienen dadas por la secuencia específica de sus bases nitrogenadas, la adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Al igual que el orden de las letras en una palabra hace que esta tenga sentido o no, así mismo, la secuencia específica de tres bases nitrogenadas (conocida con el nombre de codón) da las instrucciones para que el ARN sintetice una proteína y no otra.

Cadena A

Cadena B Cadena A

Es importante recordar que las proteínas son largas cadenas de aminoácidos. Existen 20 aminoácidos en la naturaleza y su diferente combinación produce los millones de proteínas presentes en todos los seres vivos. En la siguiente lección, analizaremos el proceso para sintetizar estas biomoléculas.

Shutterstock, (2018). 115341256

Cadena B

Insulina

 Molécula de la insulina humana que está compuesta por dos cadenas. Cada bolita representa un aminoácido.

Glosario

síntesis química. Es la fabricación de nuevas moléculas a partir de otras más simples.

5’

T A

P A

A P

1 C o d ó n

G A

Shutterstock, (2018). 216417178

3’

 El gato de la raza bengalí se obtuvo artifi-

cialmente para combinar la apariencia salvaje del gato leopardo y la mansedumbre de un gato doméstico.

G A

1 C o d ó n

T P

C P

T P

3’

5’

 Esquema donde se observan los codones, que están a un lado y otro de la molécula de ADN.

Maya Ediciones, (2018).

ab c

Enlace de hidrógeno

Shutterstock, (2018). 647799799

Los cromosomas Habíamos mencionado ya que el ADN es un polímero muy grande, por lo que para poder caber en el núcleo de la célula, se vale de una estrategia especial: se enrolla alrededor de unas proteínas llamadas histonas. En este estado, tiene la apariencia de lana suelta, que en ciertos lugares forma un ovillo y así permanece durante la mayor parte de la vida celular, que es en el periodo de interfase; en ese estado adopta el nombre de cromatina. Cuando la célula debe reproducirse, el ADN se compacta aún más para formar las estructuras conocidas como cromosomas, las cuales están formadas por dos brazos o cromátides hermanas, y una porción central llamada centrómero. Cada especie tiene un número característico de cromosomas. Los seres humanos, por ejemplo, tenemos 46, de los cuales 23 provienen de nuestro padre y los otros 23 de nuestra madre.

 Una molécula de ADN se enrolla alrededor de las histonas que están en el centro, formando una estructura llamada nucleosoma.

ab c

Glosario

interfase. Etapa de la vida de la célula en la que crece y cumple sus funciones vitales, antes de estar lista para dividirse.

Estructura de los cromosomas Célula Núcleo Cromosoma Brazo P

TIC

Brazo Q

ADN Cromátides hermanas Citosina Guanina Adenina

Esqueleto de azúcar y fosfato Gen

Timina

Shutterstock, (2018). 368406905

Centrómero

Visita el siguiente enlace para conocer las características del resto de cromosomas de nuestra especie: www.mayedu.ec/bio3/p15

 Detalle de cómo el ADN se va compactando hasta formar un cromosoma.

¿Un gen, una proteína? En la imagen superior se observa la región específica del ADN que constituye un gen. Se considera al gen como la unidad de la herencia, porque es el mínimo fragmento de ADN donde se encuentra la información necesaria para fabricar proteínas. Hasta hace un par de décadas, se pensaba que el gen era capaz de producir un solo tipo de proteínas, y a esta idea se le denominó el “dogma central” de la genética. Sin embargo, hoy se sabe que un gen puede fabricar muchas proteínas, dependiendo de las necesidades orgánicas y del tipo de célula en el que se encuentre. En un mismo cromosoma hay una gran cantidad de genes; por ejemplo, el cromosoma humano número 12 tiene una longitud de 133,28 megabases, 2 521 genes y produce 5 648 proteínas diferentes.

¿Qué diferencias encuentras entre los cromosomas sexuales X y Y?

Cada megabase equivale a un millón de nucleótidos de longitud. 15

ab c

Duplicación del ADN Cuando una célula debe dividirse, ya sea porque el organismo necesita crecer, reemplazar tejidos o producir gametos, es necesario que previamente entre en un proceso de duplicación del material genético. De esta manera, asegura que las células resultantes de la división mantengan constante el número cromosómico de la especie.

Glosario

gametos. Las células sexuales (espermatozoides, polen y óvulos).

En este proceso debe garantizarse la copia fiel del ADN, porque de otra manera la molécula resultante podría alterar la expresión genética.

Duplicación de ADN ADN polimerasa

Cadena retrasada Fragmento

de Okazaki Precursor de ARN

Topoisomerasa

Primasa Helicasa

ADN original

Cadena que se lee bien

 Proceso de duplicación de la molécula de ADN.

La duplicación del ADN implica las fases que se resumen a continuación:

Interdisciplinariedad

Shutterstock, (2018). 142439758

Genética y farmacéutica Ambas ciencias colaboran para producir la hormona insulina de manera más eficiente y así mejorar la calidad de vida de las personas con diabetes.

Indaga de qué organismo se obtiene insulina.

1. Inicio. Los puentes de hidrógeno que mantienen unidas las bases nitrogenadas del ADN se separan en diversos puntos, gracias a la acción de la enzima helicasa. Las enzimas son proteínas que apresuran procesos, como detallaremos posteriormente. 2. Alargamiento. En los lugares donde la cadena está separada, la enzima ADN polimerasa junta nucleótidos de ADN que están libres en el núcleo de la célula, buscando emparejar bases complementarias. En otras palabras, si hay un nucleótido con adenina que está sin pareja, la enzima le buscará un nucleótido con timina y entre los dos se formarán nuevos puentes de hidrógeno. Esto sucede sin problemas en una de las cadenas, pero en la cadena complementaria la duplicación es discontinua y se forman los llamados fragmentos de Okazaki. 3. Finalización. Una vez que se ha copiado toda la molécula de ADN, la enzima ligasa junta los fragmentos de Okazaki y la ADN polimerasa revisa que no haya errores de emparejamiento de bases complementarias, reparando lo que no está bien. De esta manera, se obtienen dos copias de ADN, cada una con una hebra que proviene de la molécula original y otra hebra complementaria y nueva. Por eso se dice que este proceso es semiconservativo.

Shutterstock, (2018). 201778373

ADN original

Dato curioso ¿Por que cada ser es único e irrepetible? Esto se debe a la función del ADN, que contiene información genética específica para cada individuo.

Evaluación formativa 1

CN.B.5.3.1. Explica, desde la fundamentación científica y modelos, la importancia del ADN como portador de la información genética, transmisor de la herencia, comprendiendo su estructura, función y proceso de transcripción y traducción del ARN, las causas y consecuencias de la alteración genética y cromosómica.

Analiza las características, semejanzas y diferencias entre cromatina y cromosomas y redacta una definición muy completa y adecuada para cada una. ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Completa la siguiente tabla con la información que se solicita. Objetivo de la duplicación de ADN

Características de la molécula de inicio y de la molécula final

Descripción de lo que ocurre en cada fase

Principales enzimas que intervienen en cada fase

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

___________________ ______________________

____________________________

___________________

Trabajo colaborativo Formen grupos de cuatro y realicen un video en el que se explique qué son los fragmentos de Okazaki, por qué se forman y cómo se corrigen al final de la duplicación de ADN. Sean creativos y busquen técnicas de animación, como, por ejemplo, stop motion. A continuación tienen el enlace de un video para disipar dudas: www.mayedu.ec/bio3/p17

Diversidad funcional en el aula Pongan subtítulos en el vídeo, pensando en las personas con dificultades auditivas.

Exhiban su trabajo en clase.

Actividad investigativa Averigua qué son y para qué sirven las regiones de ADN que no contienen genes. Busca, además, la definición de genoma y de proteoma.

Sugerencias para investigar Para definir estos términos es útil buscar en glosarios especializados en genética.

CN.B.5.1.12. Analizar la transcripción y traducción del ARN, e interpretar estos procesos como un flujo de información hereditaria desde el ADN.

2. Transcripción y traducción del ARN ][

Saberes previos ¿Qué es lo que hacen los genes?

Desequilibrio cognitivo

Shutterstock, (2018). 566464636

Si heredamos rasgos de nuestros ancestros, ¿por qué no somos su copia exacta?

 Mutación que hace que el fruto de piña tenga una inusual forma de corazón.

ab c

Glosario

Cuando la secuencia de bases nitrogenadas dentro de un gen se altera, hablamos de mutaciones. Si ocurren en las células que dan origen a los gametos, estas mutaciones toman el nombre de germinales y se transmiten de padres a hijos. Si solo se producen en las células somáticas, afectarán al individuo y se perderán tras su muerte.

Tipos de mutaciones Cuando las mutaciones afectan solamente a un gen, toman el nombre de génicas; si alteran toda una región del cromosoma, se llaman cromosómicas; y si producen adiciones o pérdidas en el número de cromosomas, se llamarán genómicas.

Shutterstock, (2018). 233501644

somáticas. Son las células de todo el cuerpo, a excepción de las células sexuales.

Una copia bastante fiel Ya desde la fase de alargamiento y al final de la duplicación, hay enzimas que van corrigiendo cualquier error en la copia del ADN, de tal manera que los millones y millones de moléculas que se sintetizan durante la vida de un organismo mantienen los mismos genes que heredaron de sus ancestros, casi sin modificación. Y es que, a pesar de todos los mecanismos de revisión y corrección, de vez en cuando ocurren errores, algunos muy pequeños y sin consecuencias; otros errores que pueden mantenerse inactivos durante mucho tiempo; y otros que pueden tener consecuencias fatales o que pueden ser muy beneficiosas para el organismo (por ejemplo, la generación de nuevas características o razas, lo cual podría tener impacto en la evolución de la especie). Estos errores o cambios se llaman mutaciones.

 La exposición al tabaco puede causar la mutación de células que, como estas, desarrollarán cáncer al pulmón.

De acuerdo con el tipo de alteración, las mutaciones se clasifican en:

Tipo de mutación

Descripción

Gráfica Secuencia original del DNA

Inserciones

Cuando se añaden bases nitrogenadas a la molécula.

G A G G A G T C C T C A

C T C C T C A G G A G T

G A G G A G T T C C T C A

T A

C T C C T C A A G G A G T

Inserción de un par de nucleótidos T-A

Secuencia original del DNA

Deleciones

Cuando se han perdido bases.

G A G G A G T C C T C A

C T C C T C A G G A G T

G A G G A G T C T C A

C G

C T C C T C A G A G T

Par eliminado de nucleótidos C-G

Secuencia original del DNA

Sustituciones

Cuando cambia un par de nucleótidos.

Inversiones

Todo un segmento de ADN se da la vuelta y ocupa una posición contraria.

G A G G A G T C C T C A

C T C C T C A G G A G T

Sustitución

G A G G A G T C C T C A

C T C C T C A G G A G T

El par de nucleótidos cambió de A-T a T-A

TIC Entra al siguiente enlace y realiza la autoevaluación que te proponen. www.mayedu.ec/bio3/p19

Secuencia original del DNA G A G G A G T C C T C A

C T C C T C A G G A G T

Ruptura

C T T T A G A A A G T G G C C

G A A A T C T T T C A C C G G

Cambio de segmentos de DNA

Translocaciones

Todo un segmento de ADN ha cambiado de posición.

C T T T A G A A G A G

G A A A T C T T C T C

A G T G G C C G A G T C C T C A

T C A C C G G C T C A G G A G T

Maya Ediciones, (2018).

La mayoría de mutaciones suceden de forma espontánea, pero también pueden producirse por la exposición a agentes físicos (como rayos ultravioleta) o químicos (como la exposición a drogas).

El proceso de transcripción Para que la información contenida en un gen pueda transformarse en proteínas, se necesitan dos procesos. El primero ocurre en el núcleo de la célula y se llama transcripción, porque básicamente consiste en copiar la información que está contenida en lenguaje de ADN y transformarla en lenguaje de ARN (de ácido nucleico a ácido nucleico). Los tres tipos de ARN que mencionamos anteriormente se sintetizan de esta manera, pero solamente el ARN mensajero (mARN) es el que tiene la capacidad de llevar el mensaje encriptado en el gen hasta el citoplasma de la célula, lugar donde se sintetizan las proteínas.

Dato curioso En 1970 otro dogma de la genética se rompió gracias a dos investigadores que descubrieron simultáneamente una enzima capaz de transcribir ADN a partir de ARN: la llamada transcriptasa en reversa (Perkel, 2006). 19

La transcripción es un proceso que también tiene tres etapas que se detallan a continuación. u Proceso de transcripción.

Burbuja de transcripción Hebra que no se transcribe

Hebra que se transcribe

Se desenrolla

5’ ADN 3’

3’

Se vuelve a enrollar ARN 5’

ARN polimerasa Sitio activo

Interdisciplinariedad

Dirección de transcripción

Arte y genética Las grandes obras pictóricas del pasado han contribuido a develar algunas enfermedades genéticas favorecidas por la endogamia (matrimonios entre personas emparentadas) de las familias reales.

Indaga acerca del nombre y las características de una enfermedad genética característica de las familias reales europeas del siglo XVIII. 20

Francisco de Goya, (2018). Wikimedia Commons

En la imagen: el cuadro de Goya sobre la familia de Carlos IV.

1. Iniciación El primer paso es la apertura de la cadena de ADN en el lugar donde está el gen. Esto lo hace la enzima helicasa, al igual que en la duplicación. Al inicio de cada gen hay una secuencia especial de bases nitrogenadas que no se transcriben pero que indican dónde debe empezar a hacerse la síntesis de ARN. 2. Alargamiento Después de reconocer la región promotora, la enzima ARN polimerasa empieza a buscar nucléotidos de ARN complementarios a los de ADN del gen. Naturalmente, cuando encuentre un nucleótido adenina de ADN, buscará emparejarlo con un uracilo de ARN (ya que en el ARN no hay timina). De esta manera, continuará leyendo la información del gen y alargando la cadena en formación. 3. Finalización El gen también contiene una señal de alto que le indica a la ARN polimerasa que es en este lugar donde debe dejar de transcribir y desprender al ARN que ya se ha formado.

Maya Ediciones, (2018).

Combinación de 8 pares de bases de ARN-ADN

Evaluación formativa 1

Compara entre mutaciones germinales y somáticas. ¿Cuál de ellas podrá causar impacto en la evolución de las especies? ¿Por qué? ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Analiza la siguiente cadena de ADN y el ARN que se forma a partir de ella. Escribe qué aminoácidos corresponden a esa secuencia de bases. Busca en el cuadro del código genético del siguiente enlace (www.mayedu.ec/bio3/p21). Luego, fíjate en la cadena de ADN que ha mutado, escribe cómo resultaría la cadena de ARN transcrita a partir de ella. Finalmente, determina qué tipo de mutación se produjo y de qué manera se ha afectado la secuencia de aminoácidos. ADN original T A C C C G G C A C A T ARN transcrito A U G G G C C G U G U A __________________________________________________________________________ Aminoácidos Mutación T A C C G C A C G C A T ARN transcrito __________________________________________________________________________ Aminoácidos __________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Trabajo colaborativo Forma grupo con dos personas. Preparen un cartel sobre una enfermedad causada por una mutación genómica (en el cual incluyan los signos y consecuencias). Expongan su trabajo en las carteleras del colegio. Coordinen con el resto de la clase para no repetir el tema.

Actividad investigativa Consulta cuál es la relación que existe entre el virus de la inmunodeficiencia adquirida y la transcriptasa en reversa. Escribe los resultados en tu cuaderno.

Diversidad funcional en el aula Cuando hay una discapacidad visual, la mejor forma de ayudar es proporcionando referencias concretas. Es mejor decir: ‘a tu derecha’, ‘delante de ti’, ‘arriba’, que ‘aquí’, ‘ahí’, ‘allá’.

Sugerencias para investigar En algunas fuentes encontrarás el nombre transcriptasa inversa, básicamente se refiere a lo mismo.

CN.B.5.1.12. Analizar la transcripción y traducción del ARN, e interpretar estos procesos como un flujo de información hereditaria desde el ADN.

Transcripción y traducción del ARN ][][

Saberes previos El mARN lleva la información contenida en el gen. ¿Qué hacen los otros tipos de ARN?

Del núcleo al citoplasma La molécula de ARN que se produce tras la transcripción puede transformase ya sea en ARN mensajero, ARN ribosomal o ARN de transferencia. Si bien los tres cumplen un rol fundamental en la síntesis de proteínas, el único que ha copiado la información contenida en los genes es el mensajero, de ahí su nombre. El rARN se junta a ciertas proteínas para formar ribosomas, las organelas donde sucede la traducción. El tARN tiene en un extremo una tripleta de nucleótidos de ARN que se conoce con el nombre de anticodón, y en el extremo opuesto lleva un aminoácido que está asociado a ese anticodón (en base al código genético usado en la actividad de la página 21).

Desequilibrio cognitivo Si la información genética se almacena en pequeñas biomoléculas, ¿cómo es posible que se traduzca en rasgos perceptibles a simple vista?

Núcleo ADN

mARN Cadena de aminoácidos

Salida del núcleo

Citoplasma

Traducción

Proteína

Plegado de proteína

 Esquema que muestra cómo los procesos de transcripción y traducción intervienen en la formación de proteínas.

ARN mensajero

Extremo 5’

Extremo 3’ Punto de fijación del aminoácido

ARN ribosómico Unidad de 60s

Extremo 3’ Ribosoma Extremo 5’

Anticodón

Unidad de 40s

ARN de transferencia  Los tres tipos de ARN. Nótese en el tARN el extremo que corresponde al anticodón y el extremo opuesto en el que se encuentra el aminoácido correspondiente.

células eucariotas. Son aquellas cuyo material genético está protegido en el núcleo; tienen organelas delimitadas por membranas.

En células eucariotas, la síntesis de proteínas sucede en el citoplasma de la célula. Tanto el ARN ribosomal como el ARN de transferencia tienen la capacidad de atravesar sin problemas los poros de la membrana nuclear para salir al citoplasma. El ARN mensajero, por su parte, debe cumplir ciertos requisitos previos, en un proceso independiente de la transcripción que se conoce por su término en inglés como splicing.

anticodón. Secuencia de tres bases de un ARN de transferencia, que se complementa respecto a las tres bases de un codón de ARN mensajero.

El mARN transcrito a partir de un gen contiene regiones que se llaman exones, que son las que llevan la información para formar las proteínas. Otras regiones no tienen expresión y se llaman intrones. Durante el splicing unas enzimas cortan los intrones y juntan los exones.

ab c

Glosario

Todo parece indicar que los intrones tienen la función de permitir varias posibilidades de empalme entre exones para producir mARN diferentes; de esta manera, un solo gen puede producir más de una proteína. 22

Maya Ediciones, (2018).

Splicing mARN

Shutterstock, (2018). 106263554

Transcripción

ARN

Para finalizar, otras enzimas añaden una estructura en forma de capuchón al inicio de la molécula de mARN, y una cola formada por muchos nucléotidos de adenina (cola de poli A). Solo entonces la molécula está madura y puede salir del núcleo.

Gen mARN

Intrón Exón Intrón Exón

Intrón

Exón Intrón

t Proceso de splicing alternativo en el cual, a partir de un mismo molde de ADN, se sintetizan dos proteínas diferentes.

Exón Intrón

mARN

1 2 3 Proteína A

Maya Ediciones, (2018).

Splicing alternativo 2 4 Proteína B

Del lenguaje de nucleótido al de aminoácidos El proceso mediante el cual la información contenida en el mARN logra sintetizar proteínas se conoce como traducción. Para hacerlo, necesita que las siguientes estructuras estén listas en el citoplasma de la célula: 1. Una molécula de mARN con capuchón y cola. 2. Una organela llamada ribosoma, la cual está formada por rARN asociado a proteínas. Los ribosomas están compuestos por una subunidad pequeña a la que se ancla el mARN y una subunidad grande que se ensambla sobre la pequeña para sintetizar las proteínas. En la subunidad grande hay dos sitios donde se sitúan los tARNs: el sitio P (peptidílico) y el sitio A (aminoacílico). 3. Varios tARN, que contienen los anticodones correspondientes a los codones del mARN. 4. Las enzimas que catalizan el proceso, principalmente la peptidil transferasa, además de energía.

Proceso completo de traducción

Aminoácido

Ribosoma durante la síntesis de proteínas tARN

Cadena de aminoácidos (proteína) rARN

mARN Subunidad pequeña

Codón

Shutterstock, (2018). 296962124

Subunidad grande

La traducción también tiene tres etapas que se detallan a continuación:

Fase de la traducción

Eventos que suceden

1. Iniciación (a) Iniciación

io Sit

io Sit P

ad nid e bu nd Su gra fMet

fMet fMet

3’

5’ UAC

A UG

5’

UAC

3’

Subunidad pequeña

UAC

A UG

5’

A UG

3’

De la hélice de DNA

mRNA

Ribosoma completo

2. Alargamiento (b) Alargamiento ph

Enlace peptídico

e fM

ab c

val

fMet

val

Glosario

UAC CAG A U G GU C UU 3 C ’

val

phe

G AA

UAC

CAG GUC UUC AUG

5’

3’

CAG AAG GGUCUUC 5’ U

enlace peptídico. Unión que se forma entre el nitrógeno de un aminoácido y el grupo carboxilo (COOH) de otro.

3. Finalización

Interdisciplinariedad

o li

bre trp

AAC

5’

AAC U G G U GA

3’

5’

U G G U GA

3’ 5’

Maya Ediciones, (2018).

Shutterstock, (2018). 553051120

pé pti d

Factor de liberación trp

3’

Recapitulando, a partir de los genes se puede transcribir los tres tipos de ARN y también se puede producir proteínas. Si bien cada una de nuestras células contiene el mismo contenido genético, no todas producen las mismas proteínas. Depende de los genes que se expresan en una célula muscular, una célula nerviosa o una célula de hígado, y eso, a su vez, es algo que se regula de acuerdo con el tipo de célula, o la etapa de desarrollo en la que se encuentra el individuo o los estímulos del ambiente. Para modificar la cantidad que se produce de una proteína específica, la célula puede aumentar o disminuir la velocidad de transcripción o traducción, puede modificar las proteínas para hacerlas inactivas o puede poner obstáculos a los procesos de transcripción y traducción. Es importante recordar que las mutaciones también influyen en la expresión de los genes. Un dato interesante de notar es que las mutaciones son casi el doble de frecuentes en los hombres que en las mujeres (International Human Genome Sequencing Consortium, 2001.).

Evaluación formativa 1

Completa el siguiente cuadro comparativo sobre duplicación, transcripción y traducción. Duplicación Molécula que inicia el proceso

ADN

Molécula con la que finaliza

ADN

Lugar de la célula donde se realiza

Transcripción

Traducción

núcleo

citoplasma

Enzimas específicas Bases nitrogenadas que se reconocen

mARN-tARN

Explica por qué casi todas las proteínas empiezan con el aminoácido metionina. ________________________________________________________________________________________________

Busca la reacción química que permite el enlace peptídico y represéntala con un esquema.

Diversidad funcional en el aula Si hay una discapacidad o dificultades visuales, es necesario ayudarnos unos a otros, ya sea con una explicación de los sucesos visuales o con un resumen de lo que sucede alrededor.

Sugerencias para investigar Puedes encontrar esquemas similares en Internet, pero asegúrate de comprender bien el proceso antes de expresarlo como dibujo. 25

CN.B.5.2.5. Analizar la acción enzimática en los procesos metabólicos a nivel celular y evidenciar experimentalmente la influencia de diversos factores en la velocidad de las reacciones.

Desequilibrio cognitivo Tu cuerpo necesita respuestas inmediatas ante los estímulos. ¿Qué pasaría si no eres capaz de generarlas?

ab c

Glosario

fisiológico. Término que se aplica a todas las actividades relacionadas con el funcionamiento de un organismo. ATP (adenosín trifosfato). Molécula que en sus enlaces químicos almacena altas cantidades de energía, la cual se manifiesta como calorías. NADPH (nicotinamida dinucleótido fosfato hidrogenado). Molécula que guarda energía en forma de electrones.

metabólicos celulares El metabolismo celular Las unidades fisiológicas de nuestro cuerpo se llaman células, pues cumplen con una gran cantidad de funciones que implican reacciones químicas, algunas muy sencillas y otras bastante complejas. El conjunto de todas esas reacciones químicas se conoce con el nombre de metabolismo celular.

Shutterstock, (2018). 600684821

¿En todas las células suceden reacciones químicas?

3. Acción enzimática en los procesos

 Dentro de las mitocondrias suceden varias reacciones metabólicas.

Las reacciones metabólicas se clasifican en los siguientes tipos: 1. Anabólicas Son aquellas cuya finalidad es construir una molécula más compleja y grande que las que intervienen al inicio. Para que esto suceda, se requiere el gasto de energía (es decir que son endergónicas). Proceso de fotosíntesis

Azúcar Cloroplasto

Luz ATP NADPH

Ciclo de Calvin

NADP+

ADP

u La fotosíntesis es una reacción anabólica,

Grana

en la cual, a partir de CO2 y H2O, se obtiene glucosa. No podría suceder sin la energía del sol y moléculas portadoras de energía como el ATP y el NADPH.

H2O

CO2

Shutterstock, (2018). 297450071

Saberes previos

2. Catabólicas Por el contrario, son aquellas en las que se rompen moléculas complejas en otras más sencillas, con el objetivo principal de liberar energía (son reacciones de tipo exergónico). Respiración celular aeróbica Glucólisis

1 glucosa 2 piruvatos

Acetil CoA

Citoplasma u En la respiración celular aeróbica, la glucosa

es transformada en CO2 y H2O, con la producción de 38 moléculas de ATP.

Ciclo de Krebs

2 ATP

Fosforilación oxidativa Mitocondria oxidativa

32-34 ATP

Shutterstock, (2018). 603031976

2 ATP

Shutterstock, (2018). 450129292

Las reacciones metabólicas necesitan catalizadores Audesirk et al. (2008) mencionan que el metabolismo de los organismos no lograría funcionar con la suficiente rapidez como para mantener su vida tan solo con la temperatura corporal. Entonces, los dos mecanismos obvios para poder sobrevivir serían: a) elevar la temperatura corporal; o b) utilizar estrategias que disminuyan la energía de activación de esas reacciones químicas (los catalizadores). Si bien la primera opción sí se usa, la vía predilecta de los seres, inclusive los más sencillos como bacterias y hongos, es el uso de enzimas como catalizadores químicos.

 Las iguanas marinas, así como el resto de reptiles, dependen del calor ambiental para acelerar su metabolismo.

¿Qué hace a las enzimas tan indispensables? Al hablar de los procesos de duplicación, transcripción y traducción, adelantamos que las enzimas son proteínas (largas cadenas de aminoácidos) biocatalizadoras, es decir, que aceleran los procesos metabólicos de los seres vivos. En su ausencia, esos procesos tardarían mucho o simplemente no se realizarían. Varias enzimas necesitan un complemento no proteico para poder funcionar correctamente. Estas son las coenzimas, que generalmente están compuestas por un nucleótido unido a una vitamina. Curvas de energía utilizada en procesos metabólicos Sin enzima

Energía de activación con la enzima

Sustratos Ej: C6H12O6 + O2 Energía Avance de la reacción

Energía total liberada durante la reacción Productos CO2 + H2O

 Aquí se observa la diferencia entre la cantidad de energía que interviene en la respiración celular cuando las enzimas catabolizan las reacciones o no.

Las enzimas cumplen dos características que las diferencian de otros tipos de catalizadores químicos: 1. Tienen una alta especificidad. Es decir, intervienen en un solo tipo de reacción. Cada enzima tiene en su estructura un sitio activo que reconoce únicamente a las moléculas que van a intervenir en la reacción (llamadas sustratos) y que les permiten asociarse, tras lo cual cambian de forma.

Laboratorio casero Maya Ediciones, (2018).

Con enzima

Energía de activación sin la enzima

Enzimas digestivas Necesitarás una cápsula de Digestopan Forte, avena cruda, agua, dos vasos y dos cucharas. Agrega la misma cantidad de avena a cada vaso y también la misma cantidad de agua. Mézclalas bien. Agrega el contenido de la cápsula a solo uno de los vasos (el otro nos servirá como testigo) y mezcla bien. Deja reposar las mezclas durante treinta minutos y compara los resultados. ¿Qué sucedió? ¿Qué contiene la cápsula? 27

Modelo de llave y cerradura

Enzima

Fructosa

H2O

Sitio activo

Glucosa

Complejo enzima sustrato

Enzima

 La alta especificidad de las enzimas y sus sustratos se comparan con un sistema de llave y cerradura.

Shutterstock, (2018). 6159796

Sustrato (sacarosa)

Producto

Una vez que se ha realizado la reacción y el producto sale del complejo, la enzima recupera su forma original y está lista para trabajar nuevamente. Te habrás fijado que el nombre de las enzimas estudiadas guarda relación con la función específica que cumplen.

Algunos ejemplos son los siguientes:

Función

Transformar el almidón a carbohidratos simples.

Romper las proteínas en aminoácidos.

Catabolizar los lípidos.

Ligar moléculas que están separadas.

Romper cadenas de nucleótidos.

Nombre

Amilasas

Proteasas

Lipasas

Ligasas

Endonucleasas Maya Ediciones, (2018).

2. Las enzimas y su función son reguladas en la célula, mediante diferentes mecanismos:

Interdisciplinariedad

a) Por retroalimentación negativa, que sucede cuando ya los productos de la reacción química se han elevado e inhiben la unión de un nuevo sustrato. b) Manteniendo a la enzima inactiva hasta que llegue el momento y el lugar de actuar. Un ejemplo son las proteasas que solo funcionan en el estómago. c) Gracias a moléculas que modifican la estructura de la enzima para impedir su funcionamiento, mecanismo que se denomina regulación alostérica. Forma activa

Forma inactiva

Sustrato

Centro activo

Shutterstock, (2018). 172921133

Centro activo

Centro alostérico

Inhibidor alostérico (modulador negativo)

Forma inactiva

Sustrato Centro activo

Inhibidor alostérico en su centro de unión

Forma activa

Sustrato Centro activo

p Mazorca de maíz modificada genéticamente para resistir a plagas y enfermedades. Centro alostérico

Activador alostérico (modulador positivo)

Activador alostérico en su centro de unión

 Mecanismos de regulación alostérica que inhiben o permiten la acción de una enzima, de acuerdo con la necesidad de la célula.

Maya Ediciones, (2018).

Genética y agricultura Gracias al descubrimiento de las endonucleasas, la biotecnología ha podido insertar genes de una especie en otra, logrando crear los transgénicos u OMG (organismos modificados genéticamente). Estos tienen varias aplicaciones, como, por ejemplo, la introducción de alguna característica deseada para mejorar la productividad, la resistencia de cultivos agrícolas o incluso la obtención en masa de medicamentos como la insulina.

Evaluación formativa 1

Consulta dos ejemplos de reacciones físicas o químicas que liberen energía (exergónicas) en forma de luz o calor, y dos ejemplos de reacciones que absorban energía (endergónicas). ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Analiza el funcionamiento de tu cuerpo. Busca tres ejemplos de reacciones anabólicas y tres ejemplos de reacciones catabólicas que estén sucediendo en él. ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

Elabora esquemas en los que se observe de qué manera se almacena la energía en los enlaces del ATP y de qué manera se puede liberar. Asimismo, busca cuál es la estrategia que usa el NADH para captar y liberar electrones.

Trabajo colaborativo Formen seis grupos de estudiantes. Distribúyanse una de las siguientes enzimas: a) oxidorreductasas, b) transferasas, c) hidrolasas, d) liasas, e) isomerasas, f) ligasas. Usando la técnica del museo, realicen una exposición sobre el tema que les tocó, incluyendo información sobre qué son estas enzimas, cómo actúan y ejemplos. Diseñen un método de evaluación para medir la asimilación del tema de sus compañeros y compañeras, aplíquenlo y coevalúen su presentación.

Actividad investigativa Averigua qué factores ambientales pueden influir en la actividad de las enzimas, ya sea para permitir un mejor funcionamiento o para inhibirlo.

Diversidad funcional en el aula En caso de que exista una discapacidad o una dificultad auditiva, es importante situarse en un lugar donde la acústica sea mejor o desde donde se pueda realizar lectura labial.

Sugerencias para investigar Este tipo de consulta es mejor recabarla en libros o portales web especializados en bioquímica.

Laboratorio 1 Objetivo

Extracción de ADN

Obtener muestras de ADN a partir de tejidos vegetales y animales, y observarlas con el microscopio para evidenciar su presencia en todas las células.

Materiales • Un puñado de sal de mesa • Un tomate o fresas • Un mortero con su pistilo • Ablandador de carne en polvo • Agua para beber • Alcohol isopropílico helado • Jabón líquido • Vasos de precipitación • Agitadores de vidrio • Embudos • Un colador muy fino • Tubos de ensayo • Palillos de pinchos para frutas (de madera, delgados y largos) • Una gradilla • Un cuchillo • Goteros • Espátulas • Porta y cubreobjetos • Azul de metileno fresco y filtrado • Microscopio compuesto

Introducción Este laboratorio está dividido en dos partes. En la primera, utilizarás reactivos para desintegrar el núcleo celular de una muestra vegetal, liberando las moléculas de ADN que hay en su interior. En la segunda parte, aislarás material genético que se encuentra en las células de tu mucosa bucal para comparar a través del microscopio con el ADN de la primera muestra. Es importante que antes de empezar, leas las instrucciones para que no cometas errores. También es necesario que para redactar la parte de conclusiones, previamente consultes cuál es la acción de cada reactivo que utilizarás, con la finalidad de que logres interpretar correctamente tus resultados.

Shutterstock, (2018). 630914276

Primera parte: extracción de ADN de una muestra vegetal

 Imagen 1.

Segunda parte: extracción de tu propio ADN

Shutterstock, (2018). 775430665

 Imagen 2.

Shutterstock, (2018). 512900116

Bibliografía En tu informe, anota las fuentes que consultaste sobre la acción de los reactivos, siguiendo el formato APA.

Evaluación sumativa 1

I.CN.B.5.3.1. Explica desde la fundamentación científica y modelos la importancia del ADN como portador de la información genética, transmisor de la herencia, comprendiendo su estructura, función, proceso de transcripción y traducción del ARN, las causas y consecuencias de la alteración genética y cromosómica.

Identifica tres errores en este nucleótido de ADN y corrígelos. O C

HN O CH2 H

N H

O H H OH

CH CH

OO P O O

Escoge la única respuesta correcta y subráyala. I. La cromatina es: a) Uno de los dos brazos que forma un cromosoma. b) El ADN descondensado cuando la célula se encuentra en interfase. c) La porción de ADN que se elimina durante el splicing. d) La región central del cromosoma. II. Una porción de un cromosoma que codifica para una característica determinada se llama: a) Nucleótido

b) Codón

c) Gen

d) Centrómero

III. El dogma central de la genética fue desvirtuado cuando: a) Se descubrió que un gen codifica para más de una proteína. b) Se supo que las mutaciones son al azar y no dirigidas hacia algo que necesitamos. c) Se determinó que la duplicación copiaba fielmente el ADN original. d) Se supo que en el cromosoma hay regiones que no codifican para proteínas.

Completa los espacios vacíos con las palabras que encontrarás en el siguiente recuadro: helicasa mARN splicing

citoplasma ADN exones

rARN tARN ligasa

a) El proceso de copiar una secuencia de ____________________ en una secuencia de ____________ se llama __________________. b) La duplicación ocurre en el ______________ de la célula. c) La enzima _______________________ es la encargada de romper los puentes de hidrógeno que mantienen unidas a las dos hebras de ADN. d) La ______________ es la enzima que se encarga de unir los fragmentos de Okazaki.

intrones transcripción aminoácidos

ARN genes ribosomas

e) Durante el ________________ se eliminan los _______________ y se añade un capuchón y una cola poliA para que el ______________ pueda salir del núcleo. f) Los ______________ son porciones de ADN donde se encuentran los ______________. g) Durante la traducción, ______________ es el encargado de llevar los _________________. h) Los ___________________ están hechos por ______________ y proteínas, que forman una subunidad pequeña y otra grande.

Analiza la información del esquema adjunto y, con base en ella, identifica qué tipo de mutación es la del siguiente ejemplo, considerando el tipo de células que afecta, la extensión de ADN que ha cambiado y el tipo de alteración:

Shutterstock, (2018). 334506395

Mutación ocurrida en el cromosoma 18 de un óvulo. ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

A continuación tienes esquemas que representan reacciones metabólicas. Determina cuál de ellas es endergónica, exergónica, anabólica y catabólica. a)

ATP +

Energía libre

Moléculas complejas

Moléculas simples

Moléculas complejas

Reacción

Reactivos

Moléculas simples

Reacción

Cantidad de energía liberada

Productos Curso de la reacción

Energía

– Productos

+ Reactivos

Coevaluación Formen equipos de tres personas. Cada estudiante selecciona un tema: la duplicación, la transcripción o la traducción. Luego de estudiar el proceso escogido, expongan el tema al resto de su equipo. Atiendan a cada exposición y anoten detalles importantes que se mencionan, así como errores e imprecisiones. Compartan sus observaciones. Después de conversar y llegar a consensos, corrijan errores y califiquen el esfuerzo de cada integrante del equipo.

Autoevaluación Tema\Puntaje

Lee la siguiente rúbrica y analiza con honestidad qué puntaje te corresponde. 3

Estructura de los Diferencio los componentes ácidos nucleicos de los nucleótidos de ADN y de ARN.

2 Cometo ciertos errores al identificar moléculas de ADN y de ARN, pero en general lo logro.

1 Me resulta difícil establecer semejanzas y diferencias entre ADN y ARN.

Cromosomas y genes

Puedo exponer cuál es la funConfundo características, pero Me cuesta explicar cómo se forción y estructura de los genes y explico dónde están los genes y man los cromosomas y dónde cromosomas. qué son los cromosomas. están los genes.

Procesos de duplicación, traducción y transcripción

Con la ayuda de esquemas, puedo identificar los pasos que llevan a la formación de proteínas, a partir de la molécula de ADN.

Me equivoco un poco en el orden de los pasos o con las enzimas que intervienen en estos procesos.

Soy poco preciso al exponer cómo se transfiere la información genética desde el ADN hasta las proteínas.