Guía 4 Biología Ciencias Naturales y educación Ambiental.

 

	ESCUELA NORMAL SUPERIOR DE CALDAS GUÍA DE TRABAJO ACADÉMICO		Período Académico	II
			Grado	Noveno
			Página	1 – 16
Nombre de la Guía		Trabajo académico quédate en casa Introducción a la Biología y método Científico.
Área		Ciencias Naturales y Educación Ambiental
Tiempo probable		7 de mayo al 22 de mayo   - 2021.
Docente:		Julián Alberto Bernal Álvarez.

 

 

 MOTIVACIÓN

https://www.google.com.co/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.psicoactiva.com%2Fblog%2F33-frases-de-marie-curie-sobre-ciencia%2F&psig=AOvVaw2uF9LaH6H-AFuSoUei82az&ust=1620489673668000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCKCNm834t_ACFQAAAAAdAAAAABAD

Fundamentos teóricos

Cuando una célula se divide, una de sus principales tareas es asegurarse de que cada una de las dos nuevas células tenga una copia completa y perfecta de material genético. Los errores durante el copiado, o la división desigual del material genético entre células, pueden causar que las células no sean sanas o no sean funcionales (e incluso conducir a enfermedades como el cáncer).

¿Pero qué es exactamente este material genético y cómo se comporta durante el transcurso de una división celular?

ADN y genomas

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es el material genético de los organismos vivos. En humanos, el ADN se encuentra en casi todas las células del cuerpo y proporciona las instrucciones que necesitan para crecer, funcionar y responder a su ambiente.

Cuando una célula del cuerpo se divide, transmitirá una copia de su ADN a cada una de sus células hijas. El ADN también se transmite a nivel de organismos, cuando el ADN en los espermatozoides y los óvulos se combina para formar un nuevo organismo que tiene material genético de ambos padres.

Físicamente hablando, el ADN es una larga cadena de unidades químicas apareadas (nucleótidos) que vienen en cuatro tipos diferentes, abreviados A, T, C y G, y lleva la información organizada en unidades llamadas genes. Los genes típicamente proporcionan las instrucciones para hacer proteínas, que dan a las células y los organismos sus características funcionales.

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Imagen de una célula eucarionte que muestra el ADN nuclear (en el núcleo), el ADN mitocondrial (en la matriz mitocondrial), y el ADN cloroplástico (en el estroma del cloroplasto).

En eucariontes, como plantas y animales, la mayoría del ADN se encuentra en el núcleo y se llama ADN nuclear. Las mitocondrias, organelos que extraen energía para la célula, contienen su propio ADN mitocondrial, y los cloroplastos, organelos que llevan a cabo la fotosíntesis en las células vegetales, también tienen ADN cloroplástico. La cantidad de ADN que se encuentra en las mitocondrias y los cloroplastos es mucho menor que la cantidad que se encuentra en el núcleo. En las bacterias, la mayor parte del ADN se encuentra en una región central de la célula llamada nucleoide, que funciona de manera similar a un núcleo, pero no está rodeado por una membrana.

El conjunto de ADN de una célula se llama genoma. Puesto que todas las células de un organismo (con algunas excepciones) contienen el mismo ADN, también se puede decir que un organismo tiene su propio genoma y, puesto que los miembros de una especie por lo general tienen genomas similares, también se puede describir el genoma de una especie. En general, cuando las personas se refieren al genoma humano, o a cualquier otro genoma eucarionte, se refieren al conjunto de ADN encontrado en el núcleo. Se considera que las mitocondrias y los cloroplastos tienen sus propios genomas aparte.

Cromatina

En una célula, el ADN no suele existir solo, sino que se asocia con proteínas especializadas que lo organizan y le dan estructura. En eucariontes, estas proteínas incluyen a las histonas, un grupo de proteínas básicas (con carga positiva) que forman "bobinas" alrededor de las cuales el ADN cargado negativamente se puede enrollar. Además de organizar el ADN y hacerlo más compacto, las histonas juegan un papel importante en determinar qué genes están activos. El complejo de ADN más histonas y otras proteínas estructurales se llama cromatina.

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Imagen de un largo polímero de ADN de doble cadena, que se envuelve alrededor de racimos de proteínas histonas. El ADN envuelto alrededor de las histonas está organizado en estructuras de orden superior que dan a un cromosoma su forma.

Durante la mayor parte de la vida de la célula, la cromatina está descondensada, lo que significa que existe en cadenas largas y delgadas que parecen garabatos bajo el microscopio. En este estado, la maquinaria celular (como las proteínas que leen y copian el ADN) puede acceder de forma relativamente fácil al ADN, lo cual es importante para permitir que la célula crezca y funcione.

Descondensada puede parecer un término extraño para este estado —¿por qué no llamarla "fibrosa"?—, pero tiene más sentido cuando se aprende que la cromatina también puede condensarse. La condensación se lleva a cabo cuando la célula está a punto de dividirse. Cuando la cromatina se condensa, se puede observar que el ADN eucarionte no es solo una cadena larga, sino que además está dividido en pedazos lineales llamados cromosomas. Las bacterias también tienen cromosomas, pero sus cromosomas típicamente son circulares.

Cromosomas

Cada especie tiene su propio número característico de cromosomas. Los seres humanos, por ejemplo, tienen 46 cromosomas en una célula corporal típica (célula somática), mientras que los perros tienen 78$^1$1start superscript, 1, end superscript. Al igual que muchas especies de animales y plantas, los seres humanos son diploides (2n), lo que significa que la mayor parte de sus cromosomas vienen en juegos conocidos como pares homólogos. Los 46 cromosomas de una célula humana están organizados en 23 pares y los dos miembros de cada par se dice que son homólogos uno del otro (con la ligera excepción de los cromosomas X y Y; véase a continuación).

Los espermatozoides y óvulos humanos, los cuales tienen un solo cromosoma homólogo de cada par, se dice que son haploides (1n). Cuando un espermatozoide y un óvulo se fusionan, su material genético se combina para formar un conjunto diploide completo de cromosomas. Así, para cada par de cromosomas homólogos en tu genoma, uno de los homólogos proviene de tu madre y otro de tu padre.

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Imagen del cariotipo de un varón humano, con cromosomas de la madre y en falso color púrpura y verde, respectivamente

Imagen modificada de "Cariotipo", del National Institutes of Health (dominio público)

Los dos cromosomas en un par homólogo son muy similares entre ellos y tienen el mismo tamaño y forma. Sobre todo, portan el mismo tipo de información genética: es decir, tienen los mismos genes en los mismos lugares. Sin embargo, no tienen necesariamente las mismas versiones de los genes. Eso es porque puedes haber heredado dos versiones diferentes de genes de tu mamá y de tu papá.

Como un ejemplo real, vamos a considerar un gen en el cromosoma 9 que determina el tipo de sangre (A, B, AB u O)$^2$2squared. Es posible que una persona tenga dos copias idénticas de este gen, uno en cada cromosoma homólogo; por ejemplo, puedes tener una dosis doble de la versión del gen para el tipo A. Por otra parte, puedes tener dos versiones diferentes del gen en tus dos cromosomas homólogos, como uno para el tipo A y uno para el tipo B (que da sangre tipo AB).

Los cromosomas sexuales, X y Y, determinan el sexo biológico de una persona: XX especifica femenino y XY especifica masculino. Estos cromosomas no son homólogos verdaderos y son una excepción a la regla de los mismos genes en los mismos lugares. Aparte de regiones pequeñas de similitud necesarias durante la meiosis, o producción de células sexuales, los cromosomas X y Y son distintos y portan genes diferentes. Los 44 cromosomas no sexuales en humanos se llaman autosomas.

Cromosomas y división celular

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Imagen de una célula que experimenta replicación del ADN (todos los cromosomas en el núcleo se copian) y la condensación de los cromosomas (todos los cromosomas se hacen compactos). En la primera imagen, hay cuatro cromosomas fibrosos descondensados en el núcleo de la célula. Después de la replicación del ADN, cada cromosoma se compone ahora de dos cromátidas hermanas unidas físicamente. Después de la condensación de los cromosomas, los cromosomas se condensan para formar estructuras compactas (todavía compuestos de dos cromátidas).

A medida que una célula se prepara para dividirse, debe hacer una copia de cada uno de sus cromosomas. Las dos copias de un cromosoma se llaman cromátidas hermanas. Las cromátidas hermanas son idénticas y están unidas una con la otra por proteínas llamadas cohesinas. La unión entre las cromátidas hermanas es más fuerte en el centrómero, una región del ADN que es importante para su separación durante fases posteriores de la división celular.

Mientras las cromátidas hermanas están conectadas en el centrómero, se consideran como un cromosoma. Sin embargo, tan pronto como se separan durante la división celular, cada una se considera un cromosoma diferente.

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Qué le pasa a un cromosoma cuando la célula se prepara para dividirse.

1.       El cromosoma consiste de una sola cromátida y está descondensada (larga y similar a una cuerda).

2.       El ADN se copia. El cromosoma ahora se compone de dos cromátidas hermanas, que están conectados por proteínas llamadas cohesinas.

3.       El cromosoma se condensa. Todavía se compone de dos cromátidas hermanas, pero ahora son cortas y compactas en lugar de largas y fibrosas. Están más estrechamente conectados en la región del centrómero, que es la "cintura" apretada hacia el interior del cromosoma.

4.       Las cromátidas se separan. Ahora cada una se considera su propio cromosoma.

¿Por qué las células someten a sus cromosomas a este proceso de replicación, condensación y separación? La respuesta corta es: para cerciorarse que durante la división celular, cada nueva célula obtenga exactamente una copia de cada cromosoma.

Para una respuesta más satisfactoria, revisa los artículos y videos sobre el ciclo celular y la mitosis. Ahí, puedes ver cómo el comportamiento de los cromosomas ayuda a las células a transmitir un grupo perfecto de ADN a cada célula hija durante la división.

Términos clave

Término	Significado
Ciclo celular	La serie de pasos de crecimiento y desarrollo que sufre una célula entre su formación y reproducción
Interfase	Fase del ciclo celular donde la célula crece y hace una copia de su ADN
Mitosis	Fase del ciclo celular donde la célula separa su ADN en dos conjuntos, se divide y forma dos células nuevas
Cáncer	Una enfermedad de crecimiento celular incontrolado

El ciclo celular

En células eucariontes, el ciclo celular se divide en dos fases principales: interfase y mitosis (o fase mitótica [M]).

La interfase es la parte más larga del ciclo celular. Esto es cuando la célula crece y copia de su ADN antes de pasar a la mitosis. Durante la mitosis, los cromosomas se alinean, separan y mueven hacia nuevas células hijas.

El prefijo inter- significa entre, por lo que la interfase ocurre entre una fase mitótica (M) y la siguiente.

Imagen del ciclo celular. La interfase está compuesta por la fase G1 (crecimiento celular), seguida de la fase S (síntesis de ADN), seguida de la fase G2 (crecimiento celular). Al final de la interfase viene la fase mitótica, que se compone de mitosis y citocinesis, y conduce a la formación de dos células hijas. La mitosis precede a la citocinesis, aunque típicamente los dos procesos se superponen un poco.

Crédito de imagen: "El ciclo celular: Figura 1" de OpenStax College, Biología (CC BY 3.0).

Interfase

La interfase consta de tres pasos:

• Fase G$_1$1​start subscript, 1, end subscript: primera fase gap; la célula aumenta de tamaño y se copian los organelos
• Fase S: fase de síntesis; la célula sintetiza una copia completa del ADN en su núcleo
• Fase G$_2$2​start subscript, 2, end subscript: segunda fase gap; la célula crece más, fabrica proteína y organelos, y comienza a reorganizar su contenido en preparación para la mitosis

Las células que están predestinadas a dividirse completarán G$_2$2​start subscript, 2, end subscript y entrarán a la mitosis. Otros tipos de células que no se dividen, o se dividen lentamente, salen de la fase G$_1$1​start subscript, 1, end subscript y entran a un estado de no división llamada G$_0$0​start subscript, 0, end subscript. Algunas células permanecen ahí indefinidamente, mientras que otras pueden volver a entrar a la división bajo las condiciones adecuadas.

Mitosis (la fase M)

El proceso de mitosis o división celular, también se conoce como fase M. Aquí es donde la célula divide su ADN, que antes copió, así como su citoplasma para formar dos nuevas células hijas idénticas.

La mitosis consta de cuatro fases básicas: profase, metafase, anafase y telofase.

Etapas de la mitosis

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Profase temprana. El huso mitótico comienza a formarse, los cromosomas empiezan a condensarse y el nucleolo desaparece.

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Profase tardía (prometafase). La envoltura nuclear se descompone y los cromosomas se condensan completamente.

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Metafase. Los cromosomas se alinean en la placa metafásica, bajo tensión del huso mitótico. Las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma son capturadas por los microtúbulos de polos opuestos del huso.

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Anafase. Las cromátidas hermanas se separan una de la otra y son jaladas hacia los polos opuestos de la célula. Los microtúbulos que no están unidos a los cromosomas empujan los polos del huso en direcciones contrarias, mientras que los microtúbulos del cinetocoro jalan a los cromosomas hacia los polos.

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Telofase. El huso desaparece, una membrana nuclear se vuelve a formar alrededor de cada grupo de cromosomas y un nucléolo reaparece en cada nuevo núcleo. Los cromosomas también comienzan a descondensarse.

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Citocinesis en células animales y vegetales

Citocinesis en una célula animal: un anillo de actina alrededor del centro de la célula se cierra hacia adentro y forma una hendidura llamada surco de división.

Citocinesis en una célula vegetal: la placa celular se forma en el centro de la célula y crea una nueva pared que la divide en dos.

El cáncer y la regulación del ciclo celular

Puntos de control

El ciclo celular normalmente está regulado por puntos de control. Estos son los factores que la célula considera cuando decide si proceder o no a través del ciclo celular, e incluyen tanto señales externas (como señales moleculares) como señales internas (como el daño en el ADN).

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Diagrama del ciclo celular con los puntos de control marcados. El punto de control G1 está casi al final de G1 (cerca de la transición G1/S). El punto de control G2 está casi al final de G2 (cerca de la transición G2/M). El punto de control del huso está a medio camino de la fase M, en la transición metafase/anafase más específicamente.

Cáncer

Cáncer es un término que describe muchas enfermedades diferentes causadas por el mismo problema: crecimiento celular sin control.

La mayor parte del cáncer ocurre debido a una serie de mutaciones que hacen que las células se dividan más rápidamente, eviten los puntos de control durante la división celular y eviten la apoptosis (muerte celular programada).

En general, las mutaciones de dos tipos de reguladores del ciclo celular pueden promover el desarrollo del cáncer:

• Los reguladores positivos, que normalmente promueven el crecimiento celular, pueden llegar a ser hiperactivados (oncogénicos).
• Los reguladores negativos (supresores tumorales), que evitan la formación de tumores, pueden ser inactivados.

Errores conceptuales comunes

• La interfase no es parte de la mitosis. Aunque a menudo hablamos de interfase y mitosis juntos, la interfase técnicamente no es parte de la mitosis. Sin embargo, ambos procesos son parte del ciclo celular en su conjunto, donde la interfase se conforma de las etapas G$_1$1​start subscript, 1, end subscript, S, y G$_2$2​start subscript, 2, end subscript del ciclo celular.
• La replicación del ADN ocurre durante la interfase, no de la profase. Una idea errónea común es que el ADN se copia a sí mismo durante la profase, pero esto no es cierto. En la profase, el ADN ya fue copiado cuando la célula estuvo en interfase.
• El número de cromosomas es el mismo en las células hijas como la célula madre. Dado que el ADN se duplica durante la interfase, antes de que la célula pase por la mitosis, la cantidad de ADN en la célula parental original y en las células hijas es exactamente igual.
• Tanto la genética como factores externos pueden tener un papel en el desarrollo del cáncer. Muchos tipos de cáncer tienen un componente genético, por lo que heredar ciertos genes puede hacer que alguien tenga mayor probabilidad de desarrollar estos tipos de cáncer. Sin embargo, el tener estos genes no significa necesariamente que el cáncer sí se desarrollará, ya que factores como el estilo de vida y el ambiente también juegan un papel.

INDICADORES DE DESEMPEÑO:

·         Identifico la importancia de los principios científicos en biología aplicados desde la reproducción encaminados a las relaciones genéticas.

·         Reconozco la importancia del modelo de la doble hélice para la explicación del almacenamiento y transmisión del material hereditario, analizando las ventajas y desventajas de la manipulación genética.

 

OBJETOS DE ESTUDIO

 

Utilizar el texto guía sobre reproducción celular, interpretar y construir cada una de las actividades propuestas relacionadas a la reproducción celular.

 

 

TAREAS COGNOSCITIVAS/ACTIVIDADES

 

·         Solicita al profesor la asignación de claves y contraseñas e introducción a plataforma Khan academy en clase. Debes hacer este paso antes de realizar cualquier actividad académica.

·         Sintetizar la información más relevante en el cuaderno de manera secuencial y ordenada.

       ·         Participar de manera activa en las sesiones de clase sincrónicas con la finalidad de aclarar inquietudes sobre la temática o situaciones contextuales.

Resolver las actividades de evaluación en plataforma.

 

 

EVALUACIÓN

 

·         Todas las sesiones y actividades son evaluables.   

·         Realizar todas las actividades en plataforma Khan academy

·         La resolución de preguntas tendrá un enfoque argumentativo y de tal manera se tendrá en cuenta la capacidad propositiva en cuanto a las respuestas y los análisis correspondientes.

·         Se realizará un conversatorio de cada temática al finalizar cada actividad con la intención de construir una propuesta reflexiva de los acontecimientos reales basados en los contenidos teóricos y científicos.

·         Al finalizar cada actividad académica se realizará un quiz o examen de lo aprendido.

 

 

CRITERIOS DE EVALUACIÓN:

 

·         Realizar todas las actividades en plataforma Khan academy

·         Organización, disposición académica, actitudinal y procedimental. 

·         El tiempo en plataforma puede ser cuantificado y será tenido en cuenta para el proceso de aprendizaje y de formación.

·         Manejo del lenguaje científico y dominio de los conceptos propuestos en las actividades académicas es esencial para el proceso de formación.

 

MEDIOS Y RECURSOS

·         Fotocopias en físico para quien lo requiera, informar con 20 días de anterioridad para programar y coordinar dichas actividades.

 

·         Información tecnológica y digital.

 

·         Equipos tecnológicos

 

·         Plataformas Khan academy y Classroom

 

 

OBSERVACIONES GENERALES

 

Estudia en casa cuida de tus seres queridos, disfruta de su compañía, se feliz y transforma el mundo siempre en busca del bienestar colectivo.

 

 

 

BIBLIOGRAFÍA DE APOYO PARA EL ESTUDIANTE

 

https://es.khanacademy.org/

https://www.muyinteresante.es/ciencia/video/la-vida-de-albert-einstein-un-cientifico-brillante

https://www.mineducacion.gov.co/1759/w3-article-340094.html?_noredirect=1

http://redes.colombiaaprende.edu.co/ntg/men/archivos/Referentes_Calidad/Modelos_Flexibles/Secundaria_Activa/Guias_del_estudiante/Ciencias_Naturales/CN_Grado09.pdf

http://redes.colombiaaprende.edu.co/ntg/men/archivos/Referentes_Calidad/Modelos_Flexibles/Secundaria_Activa/Guias_del_estudiante/Ciencias_Naturales/CN_Grado08.pdf

Referencias citadas:

1. Bowen, R. (30 de enero de 1998). Chromosome numbers in different species (Número de cromosomas en diferentes especies). Consultado en http://arbl.cvmbs.colostate.edu/hbooks/genetics/medgen/chromo/species.html.
2. ABO blood group system (Sistema ABO de grupo sanguíneo). (16 de junio de 2016). Consultado el 23 de julio de 2016 en Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/ABO_blood_group_system#Antigens.

3.       Este artículo es un derivado modificado de "División celular," por OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Descarga el original sin costo en http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53. Este artículo está autorizado bajo una licencia CC BY-NC-SA 4.0.

Referencias complementarias:

ABO blood group system (Sistema ABO de grupo sanguíneo). (16 de junio de 2016). Consultado el 23 de julio de 2016 en Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/ABO_blood_group_system.

Bowen, R. (30 de enero de 1998). Chromosome numbers in different species (Número de cromosomas en diferentes especies). Consultado en http://arbl.cvmbs.colostate.edu/hbooks/genetics/medgen/chromo/species.html.

Genome (Genoma). (10 de octubre de 2015). Extraído el 11 de octubre de 2015 de Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Genome.

Chromatin (Cromatina). (2014). En Scitable. Tomado de http://www.nature.com/scitable/definition/chromatin-182.

Histone (Histona). (29 de septiembre de 2015). Extraído el 1 de octubre de 2015 de Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Histone.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., y Jackson, R. B. (2011). Fertilization and meiosis alternate in sexual life cycle (Fertilización y meiosis alternan en el ciclo sexual de la vida). En Campbell biology (10a ed., pp. 254-257). San Francisco, CA: Pearson.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., y Jackson, R. B. (2011). Most cell division results in genetically identical daughter cells (La mayoría de las divisiones celulares resultan en células hijas genéticamente idénticas). En Campbell biology (10a ed., pp. 233-235). San Francisco, CA: Pearson.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., y Jackson, R. B. (2011). Offspring acquire genes from parents by inheriting chromosomes (La descendencia adquiere genes de los padres mediante la herencia de los cromosomas). En Campbell biology (10a ed., p. 253). San Francisco, CA: Pearson.

The Tech Museum of Innovation. (2013). Don’t it make your brown eyes blue? (¿No hace tus ojos marrones azules?) En Stanford at the tech: understanding genetics. Consultado en http://genetics.thetech.org/original_news/news39.