Guía para el docente Descripción curricular: - Nivel: 4º Medio - Subsector: Biología - Unidad temática: - Palabras claves: ADN, grupos fosfato, desoxirribosa, bases nitrogenadas, cadenas complementarias, enlaces de hidrógeno, doble hélice, semiconservativo, gen, código genético, síntesis de proteínas. ARNm, ARNt, ADN, aminoácido, transcripción, ensamblaje, traducción, triplete, codón, anticodón, ribosomas, gen. - Contenidos curriculares: - Experimentos que identificaron al ADN como material genético. El modelo de la doble hebra del ADN de Watson y Crick y su relevancia en la replicación y transcripción del material genético. - Código genético. Su universalidad como evidencia de la evolución a partir de ancestros comunes. - Traducción del mensaje de los genes mediante el flujo de la información genética del gen a la síntesis de proteínas. - Contenidos relacionados: - 1º medio: La célula; La célula como unidad funcional. - 2º medio: Material genético y reproducción celular. Variabilidad y herencia. - 3º medio: Variabilidad, evolución y adaptación. - 4º medio:. - Aprendizajes esperados 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. 1
Al nivel molecular, los genes que codifican para RNA mensajeros determinan la secuencia de aminoácidos de las distintas proteínas y su mensaje está escrito en un código universal de tres nucleótidos (codón) que especifica cada aminoácido. Otros genes codifican la secuencia de nucleótidos de los RNA de transferencia y ribosomal. Junto con el RNA mensajero conforman la maquinaria de síntesis de proteínas. El mensaje de cada gen se transforma en una proteína mediante dos etapas de transferencia de información: a) desde el gen al RNA mensajero (transcripción), y b) desde el RNA mensajero a la secuencia de aminoácidos de una proteína (traducción). La secuencia de aminoácidos recién sintetizada se pliega y adquiere una estructura tridimensional, particular para cada secuencia. Así, el mensaje lineal de los genes se expresa en formas tridimensionales de proteínas. El código genético es universal: se basa en tripletes de nucleótidos (codones) que corresponden a aminoácidos específicos o a señales de inicio y término en la síntesis de una proteína. El mensaje codificado en codones una vez traspasado al RNA mensajero es descifrado mediante el RNA de transferencia que, como un adaptador, contiene en un extremo tripletes de nucléotidos complementarios a los codones (anticodones), mientras en otro extremo tiene unido el aminoácido correspondiente. De esta manera, el RNA de transferencia ubica a los aminoácidos en el sitio donde se fabrican las proteínas alineándolos en la cadena peptídica según la secuencia especificada en el RNA mensajero. Aprendizajes esperados: Alumnos y alumnas saben y entienden: - La función del ADN como depositario del código genético (genoma). - La relación entre código genético, genes y síntesis de proteínas. - El concepto de gen y su relación con la síntesis de una proteína. - La función del ARNm y ARNt, y su relación entre codón y anticodón. - Los conceptos: transcripción, traducción y ensamblaje. - La función de los ribosomas como estructura donde ocurre la síntesis de proteínas. Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl: - Ficha 23: Composición química del ADN. Síntesis de proteínas. - Animación digital: Síntesis de proteínas - Diapositivas digitales (ppt): Infomación genética y proteínas - Juego: El Ahorcado Actividades propuestas para este tema: En documento hay dos actividades vinculadas al tema Información genética y proteínas. - Actividad: Estructura del ADN y su duplicación. - Actividad: Síntesis de proteínas. 2
ACTIVIDAD: Estructura del ADN y su duplicación 1. Mapa de contenidos tratados Guía para el docente Tiene forma de ADN Formado por NUCLEÓTIDOS de Formado por CADENAS COMPLEMENTARIAS DOBLE HÉLICE Constituidos por de DESOXIRRI BOSA GRUPOS FOSFATO BASES NITROGENADAS Forman el Unidas por CÓDIGO GENÉTICO ENLACES DE HIDRÓGENO Contiene información para la SÍNTESIS DE PROTEÍNAS 2. Desarrollo de la actividad: Estructura del ADN y su duplicación Paso 1 Como actividad de motivación e introducción, el profesor o profesora puede preguntar: - Qué es el ADN? Dónde está? Para qué sirve? - Qué importancia tiene el ADN hoy en día en diferentes ámbitos? Puede anotar en la pizarra las respuestas en la pizarra. 3
Paso 2 Entregue la guía para el estudiante (disponible en el portal educarchile. Los estudiantes deben observar atentamente las figuras de la guía. La observación puede guiarla usted, haciendo que noten los diferentes elementos de las figuras. Ayúdelos a intentar definirlos. Comiencen la actividad. Las respuestas correctas puede encontrarlas a continuación. 1. De forma tridimensional la doble hélice de ADN se asemeja a una (escala de caracol/escala recta). En esta escala los pasamanos están constituidos por (bases nitrogenadas/pentosa desoxirribosa/ grupos fosfatos). Ambos pasamanos están unidos por (grupos fosfatos/pentosa desoxirribosa/bases nitrogenadas). Estos últimos representan a los escalones de la escala. 2. Los pasamanos en realidad corresponden a las dos hebras o cadenas del ADN que se unen a través de (grupos fosfatos/pentosa desoxirribosa/bases nitrogenadas). Las bases nitrogenadas se unen a través de enlaces o puentes de (nitrógeno/hidrógeno/azufre) manteniendo la forma del ADN. 3. Las bases nitrogenadas del ADN son citosina, guanina, adenina y timina. La citosina de una cadena siempre se une con la (guanina/adenina/timina) de la otra cadena. 4. La adenina de una hebra siempre se une con la (timina/guanina/citosina) de la otra hebra. Por lo anterior se dice que las bases nitrogenadas son (iguales/complementarias). 5. El ADN está formado por unidades mínimas llamadas (aminoácidos/monosacáridos/nucleótidos). Cada nucleótido de ADN está compuesto por (grupo fosfato/ desoxirribosa/bases nitrogenadas). El modelo descrito permite explicar cómo se pueden sintetizar nuevas moléculas de ADN: el proceso comienza con la ruptura de (enlaces de hidrógeno/grupos fosfato/desoxirribosa) y la consecuente separación las dos cadenas (iguales/complementarias). Esto permite que cada una de las cadenas sirva de (transporte/molde/enzima) para formar una cadena complementaria nueva. En este proceso participa una serie de (monosacáridos/enzimas/aminoácidos), una de ellas es la ADN polimerasa, que permite la unión de los (nucleótidos/desoxirribosas/grupos fosfatos) entre una cadena complementaria nueva con otra (antigua/nueva). Este modelo de duplicación del ADN, también llamado replicación o autoduplicación, se denomina (semiconservativo/conservativo), ya que cada ADN sintetizado está formado por una cadena antigua, que sirvió de molde, con la otra nueva. 6. A lo largo del ADN se encuentra el código genético de forma codificada en las (bases nitrogenadas/grupos fosfato/desoxirribosas). Miles de adeninas, timinas, guaninas y citosinas dispuestas aleatoriamente 4
forman (proteínas/genes/desoxirribosas). Un gen tiene información codificada en sus bases nitrogenadas para la síntesis de una (desoxirribosa/base nitrogenada/proteína). Paso 3 Luego de que los estudiantes hayan completado estas oraciones, puede revisarlas en voz alta para así corregir in situ los posibles errores, y del mismo modo, aclarar dudas. En seguida, pídales a sus estudiantes que construyan un mapa conceptual por grupo de estudiantes que incluyan los nuevos conceptos que han revisado durante esta actividad. Los conceptos que se deben incluir son: - ADN, - enlaces de hidrógeno, - grupos fosfato, - doble hélice, - desoxirribosa, - código genético, - bases nitrogenadas, - síntesis de proteínas, - cadenas complementarias, - nucleótidos Una vez hecho puede motivarlos a iniciar una discusión en que se comparen los diferentes mapas conceptuales. Paso 4 Concluya la actividad, revisando nuevamente las figuras 1 y 2, pídales a sus estudiantes que identifiquen la estructura del ADN. Puede realizar esta actividad por grupo de estudiantes, en forma de exposición al resto del curso. 5
ACTIVIDAD: Síntesis de proteínas 1. Mapa de los contenidos tratados Guía para el docente GEN Es parte de los miles que forman al ADN por TRANSCRIPCIÓN Se copia a un ARNm tiene TRIPLETES su Cada uno llamado TRADUCCIÓN En los RIBOSOMAS sufre CODÓN Que es complementario con el Para traer un Va hasta los AMINOÁCIDO En un ARNt tiene ANTICODÓN La unión de éstos se llama ENSAMBLAJE Origina una PROTEÍNA 2. Desarrollo de la actividad: síntesis de proteínas Paso 1 Como actividad de motivación e introducción, el profesor o profesora puede indagar acerca de cómo se imaginan los alumnos(as) que sale la 6
información genética del ADN hacia la fábrica de proteínas, los ribosomas. Para esto puede preguntar: - Cómo se relaciona el ADN con la síntesis de proteínas? - Qué son los ribosomas? - Quién y cómo lee la información contenida en el ADN? - Qué son los aminoácidos? Paso 2 Entregue la guía para estudiantes disponible en el portal de educarchile, pueden leerla en conjunto. Los estudiantes deben observar dos imágenes y luego la animación que explica la síntesis de proteínas. Esta animación se encuentra disponible en el portal educarchile. Para una mejor comprensión por parte de los estudiantes, puede usted guiar esta observación de estas imágenes. Hágales notar las diferentes estructuras que participan, las diferentes etapas y el mecanismo. 1. En el núcleo se encuentra la macromolécula portadora del código genético llamada (ARN/Gen/ADN). Un gen contiene información para la síntesis de una (proteína/base nitrogenada/desoxirribosa). 2. Para que la síntesis pueda ocurrir, se debe traspasar la información del gen a un (ARNt/ARNm/ARNr). Este proceso es acelerado por la enzima (ADNpolimeasa/ARNpolimerasa) y se denomina (transcripción/ensamblaje/traducción). El ARNm sintetizado atraviesa los poros de la membrana (plasmática/nuclear) y se dirige hacia los (lisosomas/ribosomas/centríolos) donde se lee el mensaje del ARNm para comenzar la síntesis de proteínas. Este proceso se denomina (ensamblaje, transcripción, traducción). 3. La información del ARNm se divide en tripletes de bases nitrogenadas llamadas (codones/anticodones) que tienen información para un (aminoácido/monosacárido/nucleótido) de los que formarán a la proteína. Para sintetizar la proteína en los ribosomas es necesario que tengan los aminoácidos especificados por el ARNm. La molécula encargada de llevar un aminoácido es el (ARNt/ARNm/ARNr). Al llegar al ribosoma es reconocido por su triplete llamado (codón/anticodón) que es complementario con el del ARNm. El aminoácido es liberado y comienzan a unirse con otros que van llegando hasta formar una proteína. Este proceso se denomina (transcripción/ensamblaje/traducción). Paso 3 Una vez que los estudiantes hayan completado las oraciones puede revisarlas en voz alta para solucionar las dudas que puedan existir. Luego deben construir un mapa conceptual que incluya los siguientes conceptos: - ARNm - Aminoácido - ARNt - Transcripción - ADN - Ensamblaje 7
Una vez construido, pueden iniciar una discusión a fin de comparar los mapas conceptuales. Paso 4 Para concluir la actividad, vuelva a las figuras que revisaron en el inicio de la actividad. Pídales que identifiquen las diferentes estructuras y expliquen las etapas. Observe que si quedaron conceptos difusos para poder aclararlos. 8