CIENCIAS (BIOLOGÍA, FÍSICA, QUÍMICA) MÓDULO

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1 CIENCIAS (BIOLOGÍA, FÍSICA, QUÍMICA) MÓDULO 4 Eje temático: Biología: Genoma, genes e ingeniería genética - Sistemas de defensa - Biología humana y salud Organismo y ambiente Organización, estructura y actividad celular Para reforzar conceptos previos se puede solicitar la construcción de un mapa conceptual con los diferentes niveles de organización de un ser vivo, o bien, un glosario con estos conceptos. Para establecer la relación entre un gen y una proteína se pueden analizar las bases moleculares del albinismo o de la fenilcetonuria. Ante la interrogante acerca de cuál es la naturaleza química de los genes, se puede discutir cada una de las evidencias enfatizando las interrogantes e hipótesis que guiaron estos trabajos experimentales. Se recomienda presentar imágenes o esquemas que permitan la discusión de estos experimentos. El conocimiento de la estructura del DNA se puede lograr con la confección de modelos plásticos planos o tridimensionales de la molécula. Es importante revisar la bibliografía de Watson y Crick, y si existe la posibilidad de utilizar un microscopio para visualizar material genético, se puede extraer DNA, por ejemplo, de coliflor o de hígado de ave, con un procedimiento que incluya destrucción de las membranas celulares, desnaturalización de proteínas, extracción y teñido del material con algún colorante (verde de metilo o eosina). Esta actividad permitirá, además, que los estudiantes presenten un informe escrito del trabajo práctico. La replicación del material genético puede ser discutida a partir del trabajo experimental de Meselson y Stahl; además, se debe establecer su relación con el ciclo celular. Para discutir la síntesis de proteínas es necesario plantear previamente la interrogante de cómo la información contenida en el núcleo es conducida al citoplasma. A partir de esta discusión los alumnos y alumnas pueden llegar a formular el dogma central de la biología molecular y reconocer la participación del RNA y de los ribosomas en este proceso. Con respecto al código genético, se puede discutir el trabajo experimental de Niremberg y Matteai, y realizar algunos ejercicios que les permitan utilizar la información del código para la construcción de cadenas polipeptídicas. El proceso de transcripción y traducción puede ser analizado mediante la discusión de esquemas, presentaciones grupales e investigaciones bibliográficas de distintas fuentes. Es importante hacer notar que, como consecuencia de una mutación, las proteínas pueden perder su funcionalidad. Este fenómeno puede ser discutido inicialmente a partir de la alteración que experimenta la molécula de hemoglobina en la anemia falciforme. 1

2 Procesos y funciones vitales La motivación de esta unidad se puede realizar con lecturas o preguntas relacionadas a enfermedades infectocontagiosas. El sistema inmune puede ser trabajando mediante el significado del concepto de inmunidad, haciendo un recuento histórico con los aportes de diferentes científicos (Lister, Pasteur, Jenner) a la inmunología. Los componentes del sistema inmune se pueden reconocer en un esquema del organismo humano. Además, se sugiere realizar algunas lecturas de exámenes de sangre de individuos afectados por algunas infecciones. Recordemos que la inmunidad innata permite hacer cuadros resúmenes con sus componentes y la acción de cada uno de ellos. En este sentido, también es útil la construcción de mapas conceptuales con la acción del interferón y del sistema del complemento. La inmunidad adaptativa, en tanto, puede ser estudiada a partir de la confección de modelos plásticos que expliquen la respuesta humoral y celular. Ambos tipos de respuesta implican mecanismos complejos que dificultan su comprensión, por lo que es adecuada la entrega de guías informativas y la investigación en algunos libros de consulta o sitios de Internet. La construcción de un cuadro comparativo con la inmunidad innata y adaptativa permitirá integrar las ideas discutidas sobre estos temas. El reconocimiento de organismos patógenos y las manifestaciones de algunas enfermedades provocadas por ellos, se puede llevar a cabo tomando en cuenta algunas enfermedades padecidas por los propios estudiantes o personas pertenecientes a su entorno. La acción de algunos antibióticos puede ser investigada bibliográficamente, como también a través de la discusión de unos antibiogramas. Es importante enfatizar que el uso indiscriminado de ellos tiene como consecuencia la resistencia bacteriana. 2

3 Biología humana y salud Se sugiere comenzar exponiendo la relación que existe entre genotipo y fenotipo. En este sentido, se debe indicar que el grupo sanguíneo está determinado por la presencia o ausencia de proteínas en la membrana plasmática de glóbulos rojos, las cuales están determinadas genéticamente. Se puede solicitar a los alumnos y alumnas que averigüen los grupos sanguíneos de su familia para comparar la compatibilidad que puedan tener en base al grupo sanguíneo ABO y, por lo tanto, en una supuesta transfusión sanguínea. El tema del rechazo inmune y transplante, además de ser tratado desde el punto de vista biológico, debe incluir aspectos relacionados a la discusión en torno a la importancia de la donación de órganos. Por su parte, explicar en qué consisten las alergias y las enfermedades autoinmunes permitirá que los estudiantes sepan que son producidas por alteraciones en el funcionamiento del sistema inmune. Organismo y ambiente Para discutir y trabajar en torno a las interacciones ecológicas se pueden utilizar ejemplos comunes, imágenes de video o trabajos de presentación grupal. El fenómeno del crecimiento poblacional dará pie a la discusión de datos, interpretación de gráficos o realización de algún diseño experimental que permita someter a prueba hipótesis planteadas por el grupo curso. Es conveniente discutir las causas del tipo de crecimiento de la población humana, incluyendo como antecedente las diferencias entre países desarrollados y en desarrollo. En este sentido, es importante abordar las consecuencias que ha tenido el crecimiento de la población humana en la sobreexplotación de recursos y contaminación ambiental. Es importante abordar este tema a partir de los problemas ambientales que afectan directamente a la localidad o al país. Los biomas representativos de nuestro país pueden ser investigados considerando las condiciones climáticas, la extensión territorial, y las especies animales y vegetales más representativas, incluyendo además algunas adaptaciones que ellas han presentado. Aprovechando estos conocimientos y otros relacionados con la riqueza de especies, se pueden discutir las consecuencias que para las comunidades biológicas tiene la desaparición de algunas especies debido a la intervención humana. Es importante hacer notar que la formación de las comunidades biológicas implica una gran cantidad de años, y en este sentido, discutir la manera de disminuir las consecuencias de la intervención humana en los ecosistemas. 3

4 Actividad sugerida: Información genética y proteínas Aprendizajes Esperados: Los alumnos y alumnas saben y entienden: El DNA es el material genético que especifica las propiedades hereditarias de cada especie, su conservación y sus cambios evolutivos. Contiene la información genética en todos los seres vivos, dirige la síntesis de proteínas y guía su propia replicación durante la preparación para la división celular. El fundamento de la continuidad de la vida a través de la replicación del DNA y del flujo de la información genética desde el DNA a las proteínas se encuentra en la estructura del DNA revelada por James Watson y Francis Crick en 1954: una doble hélice compuesta de dos cadenas de ácidos nucleicos, entrelazadas y orientadas en direcciones opuestas, manteniéndose juntas por débiles puentes de hidrógeno complementarios entre los pares de bases, Adenina (A) y Timina (T); y Guanina (G) y Citosina (C). La complementariedad A-T y G-C de los ácidos nucleicos constituye el principio fundamental para la replicación del DNA con la fidelidad necesaria para asegurar la continuidad de la vida y para la expresión de la información genética en proteínas. Contenido: Información genética y proteínas Contenido específico: Estructura del ADN Metodología: Interactiva. Sugerencia para ser desarrollada a modo de actividad práctica de laboratorio. Evaluación: Formativa, mediante la revisión del informe y el desempeño durante la actividad. 4

5 Laboratorio Extracción de ADN Algunas consideraciones previas: El material biológico debe ser tan fresco como sea posible. Con la adecuada organización, todas las etapas pueden completarse en cerca de 55 minutos. Cuando se realiza extracto de ADN, podemos esperar tres resultados básicos. 1. Ningún ADN. 2. El ADN parece una pelusa disgregada. 3. El ADN aparece como hilos delgados. Aunque el ADN como hilos enrollados es el más impresionante, el que está disgregado también permite mostrar que el ADN está presente. Los aspectos básicos en la extracción de ADN son: Para que la célula se abra se debe destruir la bicapa de fosfolípidos. Esto se logra con el detergente, la sal y la acción de la batidora. La célula se debe romper para soltar el núcleo y éste también debe abrirse para soltar el ADN. A estas alturas el ADN debe protegerse de enzimas que lo degradarán produciendo solo pequeños fragmentos. Una vez obtenido el ADN debe precipitarse con alcohol. Las enzimas ADNasas disgregan (rompen) el ADN. Guardar las soluciones en refrigeración retarda la acción de esta enzima. La papaina es una enzima que ayuda a degradar las proteínas asociadas al ADN y que pueden contaminar su extracción. El jugo de la papaya y el jugo de la piña contienen esta enzima. El etanol es un alcohol que se usa para precipitar el ADN. En agua, el ADN es soluble, pero cuando está en etanol, se enrolla y precipita dejando atrás los otros componentes de la célula que no son solubles en él. Materiales: 1 taza de flor de coliflor (no usar los tallos, el meristemo en mitosis está en la flor) 2 papayas maduras enteras detergente líquido (lavaloza de uso doméstico) solución de NaCl al 4% sin yodo - etanol 2 gotarios 2 vasos de precipitado de 50 ml colador procesadora de alimentos asa de alambre refrigerador 4 pipetas 1 portaobjetos 1 cubreobjetos 1 microscopio óptico. 5

6 Procedimiento Corte y lleve a una batidora 1 taza de flor de coliflor cruda. Agregue 100 ml de solución salina. Mezcle en la batidora por 30 seg. a velocidad alta. Pase la mezcla a un vaso de precipitado a través de un colador de malla muy fina. Agregue 5 ml. de detergente. Mezcle sin formar espuma (solución celular). Obtenga jugo filtrado de papaya madura y fresca. Debe ser molida con cáscara y pepas (solución enzimática). El ideal es filtrarla a través de un paño. Ponga en un tubo de ensayo 5 ml. de solución celular más 5 ml. de solución de enzima. Mezcle suavemente, sin agitar. Deje reposar por 5 a 10 minutos. Agregue 6 ml. de etanol lentamente, derramándolo por la pared del tubo de ensayo, sin mezclar ni agitar. Permita que se forme una capa de alcohol (etanol) por sobre el filtrado. Repose la mezcla por 2-3 minutos. El ADN flotará en el alcohol. Pasee, como revolviendo lentamente, el asa de alambre por la interfase que se forma en la frontera entre el filtrado y el alcohol. Si ha llegado al resultado esperado, verá como unos muy delgados hilos blancos se enrollan en la varilla. ESOS HILOS SON ADN. Tome una muestra de las fibras de ADN y deposítelas sobre un portaobjetos, de modo que quede dispersado y tan delgado como sea posible. Tiña durante unos minutos con azul de metileno. Cubra y observe al microscopio (solo se ve la presencia de estructuras fibrilares, por lo que esta etapa no constituye un gran aporte). Coloque una parte del ADN obtenido sin teñir, en un tubo de ensayo limpio con 10 ml. de solución de cloruro de sodio al 4%. Agregue cinco gotas del indicador rojo fenol a la solución de ADN. El color rosa oscuro resultante se debe a la presencia de ADN. Es muy importante que la coliflor, papayas, el alcohol y la solución salina de detergente se mantengan refrigerados, pero sin congelar, desde el día previo. El tiempo del procedimiento es inferior a 30 minutos si se tienen las soluciones listas. Todos los tejidos producen ADN, unos un poco más que otros. Un problema que constantemente persiste, ocurre al agregar el alcohol, pues normalmente se vierte demasiado rápido. En lugar de formar dos capas distintas, se mezclan ambas. Una vez que eso pasa, no hay mucho que pueda hacerse. 6

7 Actividad sugerida: Genoma, genes e ingeniería genética Aprendizaje Esperado: Entender y valorar el conocimiento sobre el genoma y los fenómenos de transferencia de información génica, apreciando sus aplicaciones en salud y biotecnología, y sus dimensiones éticas y culturales. Contenido: Biotecnología Contenido específico: Principios básicos de ingeniería genética y sus aplicaciones productivas. Metodología: Interactiva. Sugerencia práctica para ser desarrollada a modo de actividad en la sala de clases. Evaluación: Formativa, mediante la ejecución de debates. Introducción Las formas grupales de estudio se están imponiendo en todos los niveles escolares, universitarios y otras muchas entidades sociales y culturales. Esto de debe obviamente a su magnífico resultado: las ideas de varias personas pueden dar más luz a la verdad, que la de un solo sujeto. Entre las diferentes modalidades del trabajo en equipo, son fundamentales la discusión y el debate, especialmente a la hora de profundizar en el conocimiento de temas importantes sobre cualquier materia. El debate consiste en plantear diferentes puntos de vista sobre un tema de interés, sobre el que se pretende encontrar unidad de criterio. El debate exige que todos los participantes estén adecuadamente informados sobre el tema. Cada uno de los integrantes del grupo expresa sus ideas y defiende su postura con argumentos sólidos, apoyados en documentos serios. Debemos poner en juego la capacidad de concentrarse y la habilidad para lograr consenso al momento de obtener conclusiones. Recordemos, además, que en todo debate se requiere de un moderador imparcial. La discusión, por su parte, consiste en el intercambio de ideas en torno a un asunto sobre el que hay diversas opiniones (ver Módulo 1, Lengua Castellana). 7

8 Recomendaciones: La discusión y el debate, como todo proceso de aprendizaje, requieren orden y organización. Para plantear o discutir un tema determinado, es preciso: 1. Formar equipos. 2. Informarse cabalmente del tema a debatir. 3. Establecer un moderador de equipo. 4. Pedir la palabra para intervenir (la cederá el moderador). 5. No interrumpir a quien tiene el uso de la palabra. 6. No desviarse, en las intervenciones, de la idea temática central. 7. Ser breve en la exposición (el moderador retira la palabra a quien se excede en su uso). 8. No aludir a situaciones o hechos personales de los demás participantes, ni conocidos ausentes. 9. Anotar las conclusiones de los aspectos discutidos aceptadas por todos los participantes. 10.No argumentar con experiencias propias (no ser autorreferente). 11.Utilizar un tono suave, amigable y sereno (no apasionarse, ni actuar como el único poseedor de la razón). 12.Elaborar un resumen personal con los aspectos más relevantes del debate (ideas principales). No puedes retar a otro participante, pero sí puedes argumentar mejor que él. A continuación se entrega un set de documentos, separados en 8 grupos, de manera que cada grupo utilice 30 minutos para preparar su participación en el debate que se llevará a cabo en la siguiente hora de la misma clase. El número del grupo señala el orden de presentación de su ponencia. El tema de cada grupo no debe ser conocido por los demás grupos. Solamente tendrán 5 minutos de presentación, por lo que deben elegir bien a la persona que expondrá. Sin embargo, deben estar todos preparados para suplirlo, si se hace necesario, o para contestar en forma MUY BREVE alguna pregunta. 8

9 Bibliografía Alberts y colaboradores. Biología molecular de la célula. Editorial Omega, Tercera edición, Curtis y Barnes. Biología. Editorial Panamericana, Sexta edición, Eugenio Odum. Fundamentos de Ecología. Editorial Interamérica, Tercera Edición. Inés Pepper. Atlas de Inmunología. Editorial Mediterráneo, Carmen Grado y Vivian Luchsinger. Virología Médica. Serie científica básica. Editorial Mediterráneo, Solomon, E.P., Berg, L.R., Martin D.W. Biología, Editorial McGraw Hill Interamericana, México, D.F., Ecología. Análisis experimental de la distribución y abundancia. Ediciones Pirámide, S.A., Tercera edición. Sitios sugeridos Guía de aprendizaje Set de textos para debate (doc) 9