Unidad 1 2

Secretaría de Educación Subsecretaría de Educación Proyecto Educación Adultos 2000 Coordinador pedagógico: Lic. Roberto Marengo Equipo técnico-pedagógico: Lic. Ayelén Attías Lic. Valería Cohen Lic. Daniel López Lic. Norma Merino Lic. Noemí Scaletzky Lic. Alicia Zamudio EQUIPO DE EDICIÓN: Coordinadora de producción de materiales: Lic. Norma Merino Procesamiento didáctico: Lic. Sandra Muler Especialistas en Contenidos: Lic. David Aljanati Lic. Laura Lacreu Colaboración en la edición: Dra. Fabiana Leonardo (legal) Diseño y diagramación: Constanza Santamaría

Bloque

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Educación Adultos 2000

BIOLOGÍA BLOQUE 4 Copyright Secretaría de Educación del Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires Subsecretaría de Educación Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires Proyecto Educación ADULTOS 2000 Av. Díaz Velez 4265 - Tel./Fax: 4981-0219 (C1200AAJ) - Ciudad Autónoma de Buenos Aires Buenos Aires, Julio de 2002 Queda hecho el depósito que establece la ley 11.723 ISBN 987-549-052-0

ÍNDICE

BIOLOGÍA Biología en Educación Adultos 2000 ......................................4 Presentación del Bloque 4 ......................................................7 Programa ..............................................................................8 Bibliografía............................................................................9 Cómo estudiar ........................................................................10 UNIDAD 1: INFORMACIÓN GENÉTICA Y CARACTERÍSTICAS DE LOS ORGANISMOS ..........11 1.1. El núcleo celular: ADN y codificación de la información.........................................12 1.2. El código genético y su expresión: síntesis de proteínas ........................................21 1.3. La doble función del ADN: determinación de las características genéticas del organismo, y transmisión de la información a la descendencia. El ciclo celular: cromatina y cromosomas..................................................................27 Actividades de autoevaluación ....................................................................................34 Respuestas a las actividades de autoevaluación ......................................................40 UNIDAD 2: TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA ............................................47 2.1. La reproducción celular: fisión binaria en células procariontes. Mitosis en células eucariontes: principales etapas y resultados ..............................48 2.2. La reproducción en organismos pluricelulares. Reproducción asexual: algunos casos. Reproducción sexual: formación de gametas (meiosis) y fecundación. Importancia biológica de la reproducción sexual......................................................53 2.3. Meiosis y herencia: relación con las leyes de Mendel. Alteraciones en el código genético: mutaciones y evolución ..................................64 Actividades de autoevaluación ....................................................................................73 Respuestas a las actividades de autoevaluación ......................................................80 UNIDAD 3: REPRODUCCIÓN HUMANA Y DESARROLLO DEL EMBRIÓN ............................87 3.1. Características sexuales primarias y secundarias en humanos. Sistema reproductor femenino y masculino. Ciclo menstrual..................................88 3.2. Concepción, embarazo y parto. Desarrollo del embrión ..........................................97 3.3. Intervención sobre los procesos de reproducción y desarrollo en humanos ........102 Actividades de autoevaluación..................................................................................108 Respuestas a las actividades de autoevaluación ....................................................114 Orientaciones para estudiar con la Bibliografía sugerida de esta unidad ............................................................122 Biología • BLOQUE 4 • PRESENTACIÓN

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Biología en Educación Adultos 2000 BIOLOGÍA

Con este material usted estudiará el Bloque 4 de Biología en Educación Adultos 2000, el Proyecto de educación media a distancia del Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Como usted sabe, Educación Adultos 2000 le ofrece la oportunidad de completar su bachillerato sin la obligación de asistir a clases diariamente. De este modo, podrá regular los tiempos que dedica al estudio según sus posibilidades, sus obligaciones y su ritmo personal. Seguramente ha sido por estos motivos que usted decidió incorporarse al Proyecto, aunque es probable que se plantee algunas dudas: • ¿Podré estudiar “solo”, después de haber dejado hace tanto tiempo la escuela? • ¿Cómo organizarme y saber cuánto tiempo debo dedicar al estudio? • ¿Cómo podré saber si lo que hago está bien sin la presencia de un docente? • ¿Cómo saber qué bloques tengo que rendir en cada materia? • ¿Cómo se aprueban las materias? Nuestro compromiso, como lo hace el profesor en “su primera clase”, es hacerle conocer cómo se maneja cada una de estas cuestiones en el marco de nuestra propuesta de enseñanza. Esta primera parte de la Guía de estudio se parece, en cierto sentido, a las primeras clases, e intentaremos en ella: 1. Despejar sus dudas explicando los rasgos fundamentales del modo de tra-

bajo que le proponemos; 2. Presentarle el Bloque 4 de Biología; 3. Describirle este material en relación con la propuesta de estudio.

RESPONDIENDO A SUS INTERROGANTES Intentaremos responder a los interrogantes que suponemos usted se habrá planteado: ¿Podré estudiar “solo”, después de haber dejado hace tanto tiempo la escuela? El hecho de que Educación Adultos 2000 no le exija asistir diariamente a clases no significa que usted esté “solo”: no es un alumno libre; muy por el contrario, este Proyecto le ofrece las siguientes formas de apoyo y acompañamiento en el proceso de estudio que usted decidió emprender:

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

1. Módulo introductorio en el que encontrará información detallada sobre

las características generales de Educación Adultos 2000. 2. Guías de estudio elaboradas especialmente para orientarlo en el trabajo con

los contenidos de cada una de las asignaturas. 3. Consultorías a cargo de profesores de las materias, a las que podrá asistir

para resolver las dudas y dificultades que se le presenten al trabajar con las guías, la Bibliografía y otros recursos. No son obligatorias y funcionan en las sedes del Proyecto en diversos horarios. 4. Sala de recursos multimediales para el aprendizaje, en la que encontrará

libros, videos, CD-ROM y todos los recursos necesarios para desarrollar las actividades que le proponen las guías de estudio. 5. Atención permanente a alumnos en las sedes, a cargo de personal dedi-

cado especialmente a brindar la información y orientación necesarias para desenvolverse en el Proyecto sin dificultades. ¿Cómo organizarme y saber cuánto tiempo dedicar al estudio? Le sugerimos que, teniendo en cuenta el programa de la materia y la fecha del examen final, distribuya los temas en el tiempo que tenga disponible para estudiar. Recuerde que, si por cualquier motivo no puede cumplir con su cronograma, tendrá periódicamente nuevas fechas de examen. Analizando las dificultades que se le presenten al realizar las actividades de las guías de estudio y el tiempo que estas le demanden, podrá decidir el mejor momento para rendir su examen final. ¿Cómo podré saber si lo que estoy haciendo “está bien” sin la presencia de un docente? Las guías de estudio le proponen actividades de autoevaluación con las respuestas correspondientes, que le permitirán reconocer logros y dificultades en el desarrollo de su proceso de aprendizaje. Además, las consultorías le ofrecen la posibilidad de reunirse con un profesor de la materia cuando lo considere necesario. ¿Cómo saber qué bloques tengo que rendir en cada materia? Le recordamos que llamamos "bloque" al conjunto de contenidos correspondientes a un año del bachillerato. Por ejemplo, si usted tiene aprobado primer año de una materia, deberá estudiar los contenidos del Bloque 2 y rendir el examen que corresponda. Biología es una materia que abarca cinco bloques. El Bloque 4 pertenece al nivel B, que incluye los bloques 3, 4 y 5. Biología • Bloque 4 • PRESENTACIÓN

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¿Cómo se aprueban las materias? Para aprobar las materias deberá rendir un examen escrito presencial que incluirá consignas referidas a los contenidos correspondientes al nivel que usted necesita aprobar. Para rendir cada examen, deberá inscribirse previamente. Podrá participar de una actividad de síntesis en los horarios habituales de consultoría, aproximadamente quince días antes de la fecha de examen. Esto se informa con exactitud en el momento de la inscripción. Las actividades de autoevaluación que presentan las guías y las actividades de síntesis lo orientarán sobre la modalidad y los criterios de la evaluación. Una vez planteadas las características generales del modo de trabajo que le propone el Proyecto, lo invitamos a comenzar la tarea.

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Presentación del Bloque 4

BIOLOGÍA

Este bloque de estudio tiene por finalidad aproximarlo a los conocimientos actuales sobre la forma en que se manifiesta la información genética en los organismos y cómo estos pueden generar copias de sí mismos a través de la reproducción. El Programa está organizado en tres unidades temáticas. Las dos primeras unidades tratan sobre la estructura y función de las moléculas biológicas —las moléculas de ADN— que participan en la definición de las características genéticas de los organismos; y también se analizan los mecanismos a través de los cuales se transmite y expresa la información genética.

El conocimiento de la molécula de ADN ha abierto las puertas a un mundo fascinante que nos permite, no sólo interpretar las características de los organismos a partir de sus constituyentes más elementales, sino también manipular esa información y modificarla con el fin de satisfacer intereses y necesidades de los seres humanos, colocando al hombre al borde de convertirse en un ingeniero capaz de crear nuevas especies o modificar a voluntad las existentes. Esta capacidad promete grandes adelantos en terrenos tales como la salud, la agricultura, la ganadería y, en general, sobre múltiples ramas de la industria. A su vez, genera fuertes debates, como por ejemplo el de la legitimidad de la clonación de organismos o de la manipulación genética humana. La última unidad temática integra el estudio de los mecanismos que hacen posible la reproducción humana con las posibilidades de intervenir clínicamente sobre ellos. Pensamos que esta información constituye una importante herramienta para tomar decisiones de manera autónoma y fundamentada acerca del propio cuerpo y de las relaciones con los demás. Los conocimientos que se han generado desde la medicina y la biología sobre la reproducción humana permiten hoy intervenir en distintas etapas del ciclo reproductivo, ya sea para impedir o interrumpir la concepción o el embarazo, o para corregir problemas que puedan impedirlos, recurriendo a las técnicas de fecundación asistida. Estas posibilidades desatan a menudo una serie de acalorados debates desde los planos éticos o religiosos, que no puede obviarse, porque sus argumentos influyen en las decisiones que la gente toma sobre su organización familiar y sobre su propia salud.

Biología • Bloque 4 • PRESENTACIÓN

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Programa Unidad 1: Información genética y características de los organismos 1.1. El núcleo celular: ADN y codificación de la información. 1.2. El código genético y su expresión: síntesis de proteínas. 1.3. La doble función del ADN: determinación de las características genéticas

del organismo, y transmisión de la información a la descendencia. El ciclo celular: cromatina y cromosomas.

Unidad 2: Transmisión de la información genética 2.1. La reproducción celular: fisión binaria en células procariontes. Mitosis en

células eucariontes: principales etapas y resultados. 2.2. La reproducción en organismos pluricelulares. Reproducción asexual:

algunos casos. Reproducción sexual: formación de gametas (meiosis) y fecundación. Importancia biológica de la reproducción sexual. 2.3. Meiosis y herencia: relación con las leyes de Mendel. Alteraciones en el

código genético: mutaciones y evolución.

Unidad 3: Reproducción humana y desarrollo del embrión 3.1. Características sexuales primarias y secundarias en humanos. Sistema

reproductor femenino y masculino. Ciclo menstrual. 3.2. Concepción, embarazo y parto. Desarrollo del embrión. 3.3. Intervención sobre los procesos de reproducción y desarrollo en humanos.

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Bibliografía Para llevar a cabo la tarea, podrá acceder a los libros de texto de Biología disponibles para nivel medio en general, con la salvedad de que los mismos no superen una antigüedad de 15 años. Nosotros le sugerimos a continuación algunos títulos que le serán útiles para consultar los temas y resolver las actividades de esta guía: • Aljanati David, Wolovelsky Eduardo, Tambussi Claudia, “Los códigos de la vida”. Ediciones Colihue, Buenos Aires, 2000. • M.G. Barderi, F. Cuniglio y otros. Biología. Citología, Anatomía y Fisiología. Genética. Salud y Enfermedad. Ediciones Santillana, Buenos Aires, 2000. • Bocalandro N., Frid D., Socolovsky L., Biología 1 “Biología humana y salud”. Editorial Estrada (Polimodal), Buenos Aires, 2000. • L. Lacreu, D. Rubel y E. Guahnon, Ciencias Biológicas 3. Buenos Aires, Ediciones Santillana, 1994. Usted podrá estudiar las tres unidades del Programa con cualquiera de estos textos mencionados, pero comprobará que no es posible responder con un único libro a todas las actividades propuestas.

Biología • Bloque 4 • PRESENTACIÓN

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Cómo estudiar

BIOLOGÍA

Con esta entrega usted recibe la Guía de estudio correspondiente al Bloque 4 de Biología.

Como ya hemos expresado en otras oportunidades, las “guías de estudio” no son materiales autosuficientes para adquirir los conocimientos enunciados en el Programa. Este material tiene la función de facilitarle el acercamiento a los conceptos centrales de la materia, a través de un recorrido por los diferentes temas, con una propuesta llevada a cabo especialmente para el Proyecto Educación Adultos 2000. En cada una de las tres unidades del Bloque, usted encontrará: • Contenidos Son los temas de estudio. Los mismos están desarrollados en los libros de la bibliogtrafía sugerida. • Breves textos explicativos Tienen la finalidad de tender un lazo entre los contenidos que se van a abordar y las actividades elaboradas para acceder a ellos. Son exposiciones muy sintéticas que, en algunas ocasiones, le darán el punto de partida de los temas; y en otras, le ofrecerán un cierre. • Actividades de aprendizaje A través de una secuencia ordenada, las actividades que le presentaremos en la Guía lo ayudarán a aprender los contenidos del Bloque 4 de Biología, estudiando con la bibliografía sugerida; pero además, esperamos que le resulten una herramienta útil para aprender a buscar información, analizarla, sintetizarla, y a resolver situaciones donde necesite aplicar lo que ha estudiado. • Actividades de autoevaluación con las respuestas correspondientes Encontrará estas actividades al final de cada unidad. Mediante su resolución, usted podrá darse cuenta de qué es lo que efectivamente aprendió y qué temas aún debe volver a repasar. Recuerde que, en cualquier etapa de su estudio, puede acercarse a las consultorías para presentarle sus dudas o dificultades a los profesores, o para solicitarles toda la orientación que necesite. Finalmente, aunque somos conscientes de que nuestra propuesta le va a significar un esfuerzo, no nos cabe duda de que también significará una oportunidad para usted. 10

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

UNIDAD

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Información genética y características de los organismos En los umbrales del siglo XXI, resulta cada vez más común que la gente hable acerca de la información genética y de la modificación de dicha información por medio de la ingeniería genética. En los periódicos, en la TV o en la radio pueden oírse informaciones sobre, por ejemplo, tomates que duran mucho más tiempo porque han sido manipulados genéticamente, o sobre enfermedades genéticas que podrían llegar a tener cura dentro de algunos años, y aún sobre la posibilidad de modificar los genes de las células de embriones humanos y de poder elegir las características que tendrán nuestros hijos. Esta posibilidad creciente de dominar la naturaleza hasta en sus más mínimos detalles produce tanto fascinación como temor: ¿hasta dónde seremos capaces de llegar? Especialmente si se piensa que este conocimiento está en manos de unos pocos, y que la mayoría de las personas carece de nociones elementales que le permitan formarse opinión al respecto. En esta unidad nos proponemos acercarle algunas ideas básicas relacionadas con la constitución del material genético, las características de la información genética y la manera en que esta se expresa en los organismos. En los últimos años, la entrada masiva de la tecnología en nuestra vida cotidiana (la posibilidad de grabar y reproducir casetes de música o video, el acceso a las computadoras de los cajeros electrónicos o a las agendas electrónicas, etc.) ha facilitado a las personas aproximarse a las nociones relacionadas con la información. Esta puede guardarse mediante ciertos códigos, puede ser decodificada y expresada en un código diferente, como sucede con las imágenes de un video o con la música de un casete o CD. Dichas nociones nos permiten hacer algunas analogías que ayudan a comprender los temas de genética, y que, en principio, contribuyen a aceptar que en el material genético de las células se encuentra codificada información sobre las características de los distintos organismos, y que si esta información se modifica también lo hacen las mencionadas características. Ahora, partiendo de esta primera aproximación, profundizaremos en los siguientes aspectos: • Cómo está codificada la información genética en las células. • Cómo se descifra dicha información. • Cómo se expresa la información genética y cómo se manifiesta en las características de los organismos.

BIBLIOGRAFÍA En la página n.º 9 de la Guía le sugerimos la Bibliografía que usted puede utilizar para estudiar todas las unidades del Programa. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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1.1. El núcleo celular: ADN y codificación de la información Los contenidos de esta unidad se relacionan estrechamente con conocimientos sobre las células, adquiridos por usted en bloques anteriores*. Antes de comenzar con los temas específicos, le proponemos que realice las cuatro actividades siguientes. Actividades de anticipación Actividad n.º 1 a. Haga un esquema lo más completo posible de una célula eucarionte y señale todos los componentes que recuerde. b. ¿En qué parte de la célula esquematizada se ubica el material genético? c. Escriba brevemente cuál es la función de dicho material. d. En relación con el material genético, ¿en qué se diferencian las células procariontes de las eucariontes?

Corrobore sus respuestas recurriendo a la Bibliografía.

Cuando estudiamos los seres vivos, es importante tener en claro cuál es el nivel de organización en el que estamos ubicados. Por ejemplo, podemos estudiar el proceso de respiración ubicándonos en el nivel de órganos o sistemas de órganos. En este caso estudiaremos los pulmones, los vasos sanguíneos que transportan la sangre oxigenada desde los pulmones al resto de los órganos, y la sangre carboxigenada de los órganos a los pulmones. Pero si nos ubicamos en el nivel celular nos detendremos, por ejemplo, en los glóbulos rojos del tejido sanguíneo que transportan oxígeno hacia todas las células del organismo, o en los capilares sanguíneos que rodean los alvéolos y cuyas paredes están formadas por una única capa de células que permite la difusión del oxígeno. Finalmente, también podemos ubicarnos en el nivel molecular, y analizar cómo se combina la molécula de hemoglobina (que está dentro de los glóbulos rojos) con el oxígeno, y cómo éste, una vez dentro de la célula, reacciona químicamente con la glucosa y libera energía. Sin duda alguna, todo esto sucede simultáneamente, pero nosotros nos ubicamos en uno u otro nivel según cuál sea el aspecto del fenómeno que queramos analizar. Es importante no perder de vista que, cualquiera sea el nivel en que centremos nuestra atención para estudiar, el organismo funciona como un todo.

* Si considera necesario refrescar estos conocimientos, le será útil revisar algunos tramos de la Guía de estudio del Bloque 1: la lectura y realización de las actividades de las páginas 23 a 26 (hasta Actividad n.º 15 incluida), y 34 a 36 (hasta Actividad n.º 25 incluida). 12

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Actividad n.º 2 En la siguiente lista le presentamos un conjunto de componentes de los seres vivos correspondientes a distintos niveles de organización: mitocondria - célula - ribosomas - ADN agua - núcleo celular -proteínaa. Complete el cuadro colocando al lado de cada nivel los componentes de la lista que correspondan. (Puede haber más de un componente en un mismo nivel).

Nivel de organización

Componentes

Celular Subcelular Macromolecular Molecular

b. ¿En cuál o cuáles de estos niveles le parece que centraremos nuestra atención en esta unidad?

Uno de los principales desafíos para comprender las nociones relacionadas con la genética es ubicarnos en los distintos niveles en que estamos estudiando un determinado fenómeno, y tener en cuenta que lo que ocurre en un determinado nivel se manifiesta y tiene consecuencias en los otros. Así, lo que sucede a una escala tan pequeña como es el nivel macromolecular representado por el ADN, no sólo afecta a las células que lo contienen, también puede afectar al organismo en su totalidad, e incluso a su descendencia. Para interiorizarse acerca del nivel macromolecular, le proponemos que busque información sobre las proteínas y los ácidos nucleicos y resuelva las actividades n.º 3 y 4.

Actividad n.º 3 Busque en la Bibliografía información acerca de la composición, estructura y funciones de las proteínas.

a. ¿Por qué se dice que las proteínas son polímeros? ¿Cómo se denominan los monómeros o unidades estructurales que las forman? b. ¿Qué son las enzimas?, ¿qué función cumplen en el organismo? c. ¿Cómo se explica que, disponiendo de apenas unos 20 tipos de aminoácidos, las células de los organismos puedan fabricar miles de proteínas diferentes?, ¿qué importancia tiene el orden en que se encuentran los aminoácidos en las proteínas?

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 4 Busque en la Bibliografía información acerca de la composición, estructura y funciones del ADN.

a. ¿Por qué se dice que el ADN es un polímero? ¿Cómo se denominan los monómeros que lo forman? b. ¿Cuántas cadenas de estos monómeros forman la estructura del ADN? ¿Qué nombre se le da a esa estructura? c. Se dice que la estructura del ADN se asemeja a una escalera en la cual se distinguen las "barandas" y los "peldaños". ¿Qué parte de los monómeros forman las "barandas" y qué parte forman los "peldaños"? d. Si se recorre dicha escalera, una de estas partes siempre es igual, mientras que la otra va cambiando. ¿Cómo está formada la parte cambiante? e. Seguramente ya aparecieron en sus lecturas los conceptos de ADN, material genético, cromosomas, genes.

• Redacte un texto breve que relacione estos términos. A lo largo de esta unidad volveremos a revisar estos mismos conceptos. Por esta razón es importante que usted conserve las respuestas de estas primeras actividades y los resultados de sus investigaciones. De esta manera podrá recurrir a ellos cuando lo necesite, ya sea para recuperar información o para constatar en qué medida sus apreciaciones sobre este tema son acertadas.

EL NÚCLEO Y LOS ÁCIDOS NUCLEICOS En esta sección centraremos la atención sobre el núcleo celular, que es la parte de la célula donde se encuentra "custodiada" la información genética. Esto significa que nos concentraremos en las células eucariontes. (Recuerde que las células procariontes carecen de núcleo).

Actividad n.º 5 Busque en la Bibliografía información sobre el núcleo celular.

a. Preste especial atención a las siguientes cuestiones:

• Las características de la membrana nuclear y sus diferencias con la membrana plasmática. • Las explicaciones sobre la cromatina y los cromosomas. • Las explicaciones sobre el nucleolo.

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

b. La membrana plasmática puede ser atravesada por sustancias como agua, sales disueltas y algunas otras formadas por moléculas pequeñas, pero no por moléculas muy grandes.

• ¿Qué característica de la membrana nuclear hace pensar que entre el núcleo y el citoplasma existe un intercambio de moléculas de gran tamaño? Actividad n.º 6 Busque en la Bibliografía información acerca de los ácidos nucleicos para responder las siguientes preguntas:

a. ¿Cuál es la estructura básica de los ácidos nucleicos? b. ¿Cuántos ácidos nucleicos diferentes hay? c. ¿Cómo se diferencian, en cuanto a su composición, las moléculas de ADN de las moléculas de ARN? d. Busque información sobre los tres tipos principales de ARN y una con flechas el nombre de cada uno de ellos con la función que cumple en la síntesis de proteínas:

ARN de transferencia

Lugar físico donde se produce la unión de los aminoácidos.

ARN mensajero

Transporta los aminoácidos y los ubica en el lugar correspondiente.

ARN ribosomal

Copia la información del ADN en el núcleo y la lleva al citoplasma.

Actividad n.º 7 Si usted compara la composición del núcleo celular con la del citoplasma, se dará cuenta de que existen ácidos nucleicos tanto en uno como en el otro. Sin embargo, mientras que en el núcleo se encuentran todos los tipos de ácidos nucleicos, en el citoplasma sólo aparecen algunos de ellos. a. Indique qué ácidos nucleicos aparecen exclusivamente en el núcleo, y cuáles se encuentran tanto en el núcleo como en el citoplasma. b. ¿Cómo se relaciona la función de los distintos ácidos nucleicos con su respuesta a la pregunta anterior?

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Hasta ahora, a través de la lectura bibliográfica orientada por las actividades, usted se ha interiorizado acerca del ADN y de la información genética. Ahora bien, ¿qué es lo que informa la información genética? En el ADN de cada una de las células de cualquier organismo está codificada la información referida a las características biológicas de dicho organismo, y también de la especie a la que ese organismo pertenece. La importancia del núcleo celular radica fundamentalmente en su contenido de ADN. Así, en el ADN contenido en el núcleo de cada una de nuestras células, se encuentra codificada información que "indica", por ejemplo, que nuestros miembros anteriores sean brazos (y no alas como en las aves, ni aletas como en los peces). Y esta es una información compartida por todos los miembros de nuestra especie. Del mismo modo, está codificada la información que "indica" un par de ojos, uno a cada lado de la nariz, característica que los seres humanos compartimos con otros animales. Pero también la información "indica" el color de esos ojos, y esta característica puede ser o no ser compartida con otros miembros de nuestra especie humana (todos tenemos algún color en los ojos, pero no todos los individuos tienen el mismo color). En el ADN no sólo está codificada la información relacionada con características estructurales; también, con el comportamiento de las diferentes especies. Por ejemplo, algunas arañas construyen telas con las cuales atrapan insectos, pero la forma de la tela es particular y diferente en cada especie, y la información sobre "cómo tejer la tela" también está codificada en el ADN de las células de las arañas: nadie enseña a las arañas a tejer. A este tipo de comportamiento que está determinado genéticamente se lo denomina comportamiento innato, y se diferencia del comportamiento adquirido, que es aquel que ha sido aprendido.

Actividad n.º 8 Lea el siguiente texto referido al canto de un ave:

Aproximadamente 150 días después del nacimiento, un macho joven de chingolo de corona blanca comienza a emitir un gorjeo tentativo que sólo tiene una semejanza vaga con el canto completo de un macho maduro. Luego, el canto del joven pájaro gradualmente se hace más complejo y sofisticado hasta que, en el momento que tiene aproximadamente 200 días, entona el canto completo. Este canto no sólo es típico de los chingolos de corona blanca, sino que además tiene ciertas variaciones según cuál sea la localidad específica de la que proviene. En otras palabras, el canto de los chingolos difiere ligeramente de un lugar a otro, formando "dialectos" característicos. 16

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

En experimentos realizados con estas aves, se descubrió que:

• Si se cría un chingolo de corona blanca sin que escuche el canto de otro chingolo de su especie, su canto — al llegar a adulto — es más simple que el de los adultos de su especie.

• Si se lo cría en presencia de otros chingolos de su especie pero de una localidad distinta de la de su nacimiento, cuando es adulto canta como los de la nueva localidad. a. ¿Podría distinguir en el comportamiento de estas aves componentes innatos y adquiridos? Justifique su respuesta. b. Si tuviera que asignarle al comportamiento humano un porcentaje para los aspectos innatos y otro para los adquiridos, ¿cuáles de las siguientes opciones elegiría?:

Opción

Innato

Adquirido

1

50 %

50 %

2

20 %

80 %

3

80 %

20 %

4

0%

100 %

En realidad, no es posible medir el comportamiento ni obtener estos porcentajes. Esta pregunta es sólo un ejercicio de suposiciones para que usted reflexione sobre el tema. Más adelante volveremos sobre el mismo.

EL CÓDIGO GENÉTICO Decíamos anteriormente que la información genética correspondiente a todas las características de un individuo está codificada en las moléculas de ADN, que se encuentran en el núcleo de cada una de sus células. En este punto, cabe preguntarse: ¿cómo es posible que esa información, contenida en dichas moléculas, invisibles a nuestros ojos y de cuya presencia ni nos damos cuenta, se exprese en características visibles y detectables por nuestros sentidos? Es importante que centre su atención sobre esta pregunta, ya que las explicaciones siguientes tratarán de responderla y lo ayudarán a analizar los fenómenos vinculados con la genética. Una de las claves para comenzar a comprender esta cuestión está en las proteínas. Usted ya se ha informado acerca de la gran variedad de proteínas y de las funciones que cumplen. Ahora, le sugerimos que revise el resultado de su investigación de la Actividad n.º 3, muy vinculada con lo que aparece a continuación. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Existen proteínas estructurales que forman parte de las estructuras de las células, de sus membranas o de pigmentos; y existen otras proteínas, denominadas proteínas funcionales, porque regulan funciones. Un ejemplo de estas últimas son algunas hormonas, como la insulina; otro ejemplo son las enzimas, que son proteínas que regulan todas las reacciones químicas que tienen lugar en cada una de las células. Las enzimas tienen gran importancia ya que la mayor parte de las sustancias que forman los organismos, y que hacen que este funcione, provienen de o participan en numerosas reacciones químicas reguladas por enzimas.

Llegados a este punto, podemos afirmar que: Las características particulares de cada uno de los organismos y de la especie a que estos pertenecen, son una consecuencia de la acción de las distintas proteínas que forman y regulan el funcionamiento de los seres vivos. Queda entonces por ver cuál es la relación entre la información genética contenida en el ADN y las proteínas que cumplen las más diversas funciones en los seres vivos. El ADN es una especie de archivo en el cual se encuentra la información necesaria para la síntesis de todas las proteínas de un organismo. Este archivo es lo que se denomina, en conjunto, información genética o programa genético. Es conocida la importancia de ingerir alimentos ricos en proteínas. Así, por ejemplo, las personas consumimos proteínas contenidas en la carne de vaca, de cerdo, de pollo o de pescado; en los lácteos, en los huevos, y aún en algunos vegetales. Sin embargo, las proteínas humanas son diferentes de las de los animales o vegetales que consumimos. (Recuerde que son las proteínas las que definen las características de los organismos). ¿Cómo es posible que las proteínas que forman parte de nuestro organismo sean diferentes de aquellas que consumimos? La cuestión es que, durante la digestión, se descomponen en sus monómeros, es decir, en sus aminoácidos, que son los que en realidad llegan a cada una de las células a través de la sangre. A su vez, en cada una de las células y según las instrucciones del programa genético, se sintetizan las proteínas propias del organismo utilizando los aminoácidos provenientes de los alimentos. 18

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Esto es posible porque todas las proteínas de todos los organismos están formadas por los mismos monómeros: los 20 aminoácidos. En cada organismo, durante la síntesis de proteínas, estos aminoácidos se combinan en diferente proporción y secuencia, dando lugar a miles de proteínas distintas.

A c t i v i d a d n.º 9 Busque en la Bibliografía información sobre el código genético para responder estas preguntas:

a. ¿Cuáles son las "letras" o símbolos en que está "escrita" la información en el ADN? b. ¿ Cuáles son las "letras" o símbolos en que está "escrita" la información en las proteínas? c. El código genético expresa la relación entre los símbolos del ADN y los símbolos de las proteínas. ¿En qué consiste esa relación? d. ¿Cómo influye la secuencia de nucleótidos de la molécula de ADN en las características de las proteínas que se sintetizan a partir de ellos? e. ¿Qué significa que el código genético es universal?

Actividad n.º 10 A continuación le presentamos un cuadro que muestra una porción del código genético: Triplete de nucleótidos

Aminoácidos

Abreviaturas

GGA

PROLINA

(pro)

TTG

LYSINA

(lys)

GCA

ARGININA

(arg)

CAA

VALINA

(val)

Con esos datos se puede escribir una secuencia hipotética de nucleótidos, y a partir de allí deducir la secuencia de aminoácidos correspondiente. Por ejemplo, una secuencia como la siguiente: GCAGGAGGACAAGCATTGGGATTG es la información codificada en símbolos del ADN (secuencia de nucleótidos), que se traduce en una secuencia de aminoácidos o proteína como: arg~pro~pro~val~arg~lys~pro~lys

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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a. Ahora, nosotros le damos una proteína hipotética. Escriba usted la secuencia de nucleótidos correspondientes. val~pro~arg~arg~val~lys~lys~lys~val~pro~arg b. Vuelva a escribir la secuencia de nucleótidos que usted elaboró en el punto a., pero eliminando un nucleótido cualquiera. ¿Qué sucede con los tripletes?, ¿se puede volver a escribir la misma proteína? c. ¿Cuál es la consecuencia del cambio de un solo nucleótido en la secuencia de una molécula de ADN?

Actividad n.º 11 Busque en la Bibliografía la definición de gen.

a. Escriba qué entiende por gen, utilizando los siguientes términos: ADN- proteínas- secuencia de nucleótidos- gen-

Actividad n.º 12 Complete las líneas punteadas de la siguiente frase: Cuando se produce un cambio en la secuencia de nucleótidos de un determinado gen, ya sea porque se elimine, se agregue o se cambie uno o más nucleótidos, ese cambio se denomina ........................................................................

En esta sección usted ha tenido oportunidad de conocer la importancia del ADN como archivo de la información de las características de los organismos. Asimismo, estudió en qué consiste el código genético y cómo se expresa a través de las proteínas. Esto último se puede representar en el siguiente esquema: ADN (secuencia de tripletes)

Proteína (secuencia de aminoácidos)

En la próxima sección analizaremos el mecanismo a través del cual la maquinaria celular interpreta la información genética contenida en el ADN, y cómo se sintetizan las proteínas a partir de ese patrón. En otras palabras, cuál es el mecanismo que permite que una información que está codificada como una secuencia de nucleótidos sea traducida en la secuencia de aminoácidos de una proteína.

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

1.2. El código genético y su expresión: síntesis de proteínas Este tema se encuentra en la mayor parte de los libros de texto bajo el título "Síntesis de proteínas". Le sugerimos que lea en la Bibliografía el tema completo y luego resuelva las actividades siguiendo las orientaciones de esta guía*. Comenzaremos por hacer un resumen de los conceptos de la sección anterior que le serán útiles para entender lo que sigue:

• Las moléculas de ADN se encuentran en el núcleo de las células eucariontes** y son las portadoras de la información genética.

• La información genética se expresa en los organismos a través de la acción de las proteínas. • La información genética está "escrita" en un "lenguaje" diferente del de las proteínas. • Existe una correspondencia (código genético) entre ambos "lenguajes".

Actividad n.º 13 La síntesis de proteínas se puede describir como un proceso que ocurre en dos pasos: 1. la transcripción del mensaje del ADN 2. la traducción del mensaje transcripto a. ¿En qué parte de la célula (núcleo o citoplasma) ocurre la transcripción del mensaje? b. ¿En qué parte de la célula (núcleo o citoplasma) ocurre la traducción del mensaje? c. ¿Qué ácidos nucleicos participan del proceso de transcripción? d. ¿Qué ácidos nucleicos participan del proceso de traducción? e. ¿Cómo se relacionan estas preguntas anteriores con su respuesta al punto b. de la Actividad n.º 5? ¿Y con las preguntas a. y b. de la Actividad n.º 7?

TRANSCRIPCIÓN DEL MENSAJE DEL ADN AL ARNm En relación con la transcripción del mensaje del ADN, es importante que usted preste atención a lo siguiente:

* Sus respuestas a las actividades n.º 5, 6 y 7 le podrán ser de utilidad para comprender mejor este tema. ** Recuerde que en las células procariontes, también el ADN es el portador de la información genética, sólo que se encuentra libre en una zona del citoplasma ya que este tipo de células carece de núcleo. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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• Mientras que las moléculas de ADN están formadas por dos cadenas de nucleótidos, unidos entre sí a través de sus bases complementarias (A-T, G-C); las moléculas de ARN mensajero (ARNm) están formadas por una sola cadena de nucleótidos. • Los nucleótidos del ARNm están formados por las mismas bases nitrogenadas que el ADN, con la excepción de una de ellas: la timina (T). Los ARNm (y todos los ARN) están formados por adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U). • El ARNm es la copia complementaria de una de las cadenas de la molécula de ADN. • El ARNm se sintetiza en el núcleo con la intervención de enzimas que van uniendo uno a uno los nucleótidos siguiendo el "molde" del ADN del siguiente modo: Molde de ADN

Copia de ARNm

Si hay una A

La enzima coloca una U

Si hay una T

La enzima coloca una A

Si hay una G

La enzima coloca una C

Si hay una C

La enzima coloca una G

• Para que el ARNm pueda sintetizarse, la doble hélice se desenrolla y se abre en la porción cuya información va a ser copiada. • Una vez sintetizado, el ARNm pasa a través de los poros de la membrana nuclear al citoplasma, donde se une con los ribosomas para actuar de "molde" para la síntesis de las proteínas. El cuadro anterior muestra las equivalencias de bases durante el proceso de copia del ARN mensajero: como el ADN tiene una doble cadena, cuando en una de ellas hay una A, en la otra cadena hay una T; en cambio, cuando se copia ARN, en la cadena de este último va una U en correspondencia con la A del ADN que le sirve de molde. Entonces, si observa atentamente el cuadro, verá que cuando en el ADN hay una A, en el ARN hay una U (en lugar de la T que habría si fuera la otra cadena de ADN). Las moléculas de ARNm formadas, contienen una secuencia de nucleótidos que es equivalente a la del molde de ADN de donde fue copiado. De este modo, la información del ADN ha sido transcripta a una molécula que puede abandonar el núcleo.

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Teniendo en cuenta que el ADN es el molde patrón de la información genética total de un organismo, sería muy riesgoso que abandonara el núcleo, ya que en ese caso podría alterarse toda la información. La existencia de los ARNm es ventajosa por esta razón y por otras más: • Sólo se copian las porciones de ADN que son necesarias en un determinado momento. • Una célula puede hacer varias copias sucesivas de la misma porción de ADN, lo cual permite que en el citoplasma se sinteticen simultáneamente muchas moléculas de la misma proteína, si esto es necesario. A continuación le presentamos un cuadro en el que destacamos en color todos los tripletes del ARNm; y al lado, las abreviaturas de los aminoácidos que corresponden a dichos tripletes: UUU UUC UUA UUG

PHE LEU

CUU CUC CUA

LEU

UCU

UAU

UCC

UAC

UCA

SER

UCG

UAG

parar UGG

TRP

CCU

CAU

CCC CCA

PRO

CAC CAA

AUU

ACU

AAU

AUG GUU GUC GUA GUG

ACC ACA

MET

VAL

CYS parar

CAG

AUA

UGC

parar UGA

CCG ILEU

UGU

UAA

CUG AUC

TYR

THR

AAC AAA

ACG

AAG

GCU

GAU

GCC GCA GCG

ALA

GAC GAA GAG

HIS GLN

CGU CGC CGA

ARG

CGG AGU

ASN LYS

AGC AGA

SER ARJ

AGG ASP GLU

CGU GGC GGA

GLY

GGG

Fuente: Aljanati David, Wolovelsky Eduardo, Tambussi Claudia, “Los códigos de la vida”. Ediciones Colihue, Buenos Aires, 2000.

Nótese que para cada aminoácido hay más de un triplete. Además, tres de los tripletes no se corresponden con ningún aminoácido. Esos tres tripletes (señalados como "parar") indican que allí debe terminar la síntesis de la proteína. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 14 Imagine un gen formado por la siguiente secuencia de nucleótidos: TTGCAATTGGCAGCACAAGGACAA a. Escriba la secuencia del ARNm que se formaría al copiarse. b. Tomando como base las referencias del cuadro de tripletes presentado anteriormente, escriba la proteína que se formaría. c. Suponga que, durante la copia, la enzima encargada de unir los nucleótidos para formar el ARNm cometió un error: agregó un nucleótido de más, por ejemplo, una timina (T).

• Vuelva a escribir la secuencia nueva de nucleótidos agregando una timina donde usted quiera, y luego escriba la proteína que se formaría. d. ¿Qué relación puede establecer entre esta última respuesta y los puntos b. y c. de la Actividad n.º 10?

TRADUCCIÓN DEL MENSAJE: SÍNTESIS DE PROTEÍNAS Las moléculas de ARNm que se sintetizan en el núcleo pasan al citoplasma, donde se unen con los ribosomas. Ahora el sistema está listo para comenzar a sintetizar las proteínas.

Actividad n.º 15 Los ribosomas están constituidos por un tipo particular de ARN, el ARNr. Como todo ARN, el ARNr está formado por nucleótidos y se sintetiza en el núcleo, copiando una porción de ADN. a. ¿Cómo se denomina la zona del núcleo donde se encuentra la porción de ADN con la información para el ARNr? b. ¿Qué otras moléculas forman parte de los ribosomas además de las de ARN? c. ¿Cuál es la función de los ribosomas en la síntesis de proteínas?

Nótese que si la síntesis de ARNm consiste en una copia en el mismo lenguaje, es decir con el mismo tipo de símbolos (nucleótidos) del ADN, en el caso de la síntesis de proteínas se trata de una traducción de un lenguaje con símbolos de nucleótidos a otro lenguaje, con símbolos de aminoácidos. Esto requiere de algún "traductor", es decir de alguna molécula capaz de reconocer simultáneamente ambos lenguajes. Ese traductor está representado por las moléculas de ARN de transferencia (ARNt).

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Actividad n.º 16 Busque información sobre el ARNt para responder estas preguntas:

a. ¿Cuántos ARNt diferentes existen?, ¿a qué se debe esa diversidad? b. ¿Cómo es la estructura de los ARNt que permite la traducción del mensaje del ARNm? c. ¿Qué significa que cada ARNt es específico para un determinado aminoácido?

Actividad n.º 17 Cada triplete en el ARNm se denomina codón. Cada ARNt posee un triplete complementario de algún codón. A ese triplete del ARNt se lo denomina anticodón. Dada la siguiente secuencia de nucleótidos en el ADN: AGACAC Escriba: a. Los codones resultantes. b. Los anticodones correspondientes de cada ARNt. c. Los aminoácidos correspondientes. Actividad n.º 18 Complete las líneas punteadas del esquema utilizando los siguientes términos: membrana nuclear- ADN- codón- anticodón- ARNt- ARNm- ribosoma- aminoácidos- proteína-

CITOPLASMA

NÚCLEO

Esquema que representa la síntesis proteica. Fuente: Aljanati y otros; op. cit.

• ¿De dónde provienen los aminoácidos que se usan para la síntesis de proteínas? Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Al finalizar este punto es importante que usted haya comprendido lo siguiente: • La información genética para la síntesis de proteínas se encuentra codificada en el ADN (que en las células eucariontes se encuentra dentro del núcleo celular) como una secuencia de nucleótidos. En cambio, la "maquinaria" necesaria para la síntesis de las proteínas (aminoácidos, ARNt, ribosomas) se encuentra en el citoplasma. Los ARNm se forman copiando una determinada secuencia de nucleótidos, y su función es la de transportar la información genética para la síntesis de proteínas desde el núcleo hasta el citoplasma.

• La síntesis de proteínas requiere de un sistema que traduzca de un lenguaje de nucleótidos a un lenguaje de aminoácidos. Para la traducción es importante que la secuencia de aminoácidos coincida con la secuencia de nucleótidos "ordenada" por el ADN. Por ello, el ARNm se ubica en los ribosomas y el ARNt va ubicando los aminoácidos siguiendo los tripletes o codones del ARNm que está en los ribosomas. En este proceso, el ARNr que forma los ribosomas determina la ubicación correcta. Finalmente, los aminoácidos son unidos unos a otros por una enzima especial. El conjunto de aminoácidos así unidos, en la secuencia indicada, constituye una proteína cuyas características se corresponden con la información que estaba en el ADN nuclear.

Para concluir con este tema, es importante que usted tenga en cuenta que las células son sistemas dinámicos y sumamente complejos, en los cuales se están copiando cientos de ARN de distintas clases y sintetizando distintos tipos de proteínas simultáneamente. En organismos multicelulares, este esquema se repite en todas las células del cuerpo. A su vez, en los organismos multicelulares es necesario distinguir, dentro del conjunto de proteínas que sintetizan sus células, dos grandes grupos. Un grupo lo constituyen aquellas proteínas que son necesarias para el funcionamiento de cada célula y son sintetizadas por igual por todas las células. El otro grupo está representado por aquellas proteínas que son sintetizadas por células especializadas, y que son necesarias para el funcionamiento del organismo en su totalidad. Un ejemplo de estas últimas son las hormonas. Así, la insulina* es una hormona proteica necesaria para el buen funcionamiento de nuestro organismo, pero no todas las células la sintetizan. En el páncreas existe un conjunto de células especializadas en la producción de insulina, la cual, una vez sintetizada, es enviada al torrente sanguíneo y actúa sobre todas las células del cuerpo regulando la absorción de glucosa por parte de las mismas. * 26

Para mayor información sobre esta hormona puede consultar la Unidad 3 del Bloque 3. EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

1.3. La doble función del ADN: determinación de las características genéticas del organismo, y transmisión de la información a la descendencia Si bien el microscopio es un instrumento que se utiliza desde mediados del siglo XVII, recién hacia la primera mitad del siglo XIX se desarrollaron microscopios más precisos y técnicas que permitieron observar los núcleos celulares. Una de estas técnicas consiste en agregar colorantes a los preparados de células. El resultado es que algunas partes de la célula se colorean más que otras, y eso permite distinguir estructuras diferentes. La tinción de los núcleos celulares facilitó la observación en su interior de estructuras que se coloreaban mucho más intensamente que otras. Esta es la razón por la cual muchas de ellas llevan el prefijo cromo, que en latín significa color. Es el caso de cromosoma, cromatina o cromátide. Por aquellos tiempos no se conocía la composición química de estas estructuras. Hoy se sabe que las estructuras que se observan en el núcleo de las células eucariontes — y que se colorean fuertemente — están constituidas fundamentalmente por ácidos nucleicos y proteínas. Tampoco se comprendía muy bien cuáles eran sus funciones ni el sentido de su presencia en el núcleo: mientras que en algunas células se observaba un material coloreado y disperso en el núcleo, como una madeja enredada, en otras — o en las mismas células pero en momentos diferentes — se observaban dentro del núcleo pequeñas unidades con formas definidas y fuertemente coloreadas. Al material disperso se lo llamó cromatina, y a las unidades definidas las denominaron cromosomas.

Cromatina.

Cromosomas.

Como estas estructuras se observaban en distintas células y en distintos momentos de la vida de una célula, se suponía que eran cosas diferentes e independientes unas de otras.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 19 Revise sus resultados de la Actividad n.º 5 a. y luego responda:

a. ¿Cuál es la composición química de la cromatina? b. ¿Qué sucede cuando las fibras de cromatina dispersas en el núcleo se condensan o superenrollan? c. ¿Cómo se interpretan hoy la cromatina y los cromosomas, que antiguamente se consideraban entes independientes?

En la vida de una célula se pueden distinguir dos períodos importantes: un período de crecimiento y un período de reproducción. Actualmente sabemos que la cromatina se organiza de distinta manera según las funciones que se están llevando a cabo: la cromatina desespiralizada o desenrollada corresponde al primer período, mientras que los cromosomas (fibras de cromatina espiralizadas, superenrolladas o condensadas) están asociados al segundo.

Actividad n.º 20 El período de crecimiento es el período más activo desde el punto de vista metabólico: las células incorporan alimento, lo transforman, respiran, reparan partes dañadas de las membranas, aumentan de tamaño, producen organelas nuevas. Toda esta actividad metabólica requiere tanto de proteínas estructurales para la formación de nuevas estructuras como de enzimas que regulan las reacciones químicas. Por lo tanto, es una etapa en la cual la síntesis de proteínas es una actividad esencial. a. Revise sus conocimientos sobre la transcripción y traducción del mensaje genético, es decir sobre la síntesis de proteínas. ¿Cómo piensa que se vería la cromatina si se observara una célula en la fase de crecimiento?

• Como cromatina desenrollada. • Como cromatina superenrollada (cromosomas). • Subraye la respuesta correcta y justifique. Aunque puede haber células más grandes que otras, ninguna crece ilimitadamente. Llegado un cierto punto de su desarrollo, y alcanzado un cierto tamaño, dejan de crecer y se reproducen. Cuando una célula se reproduce, lo que sucede básicamente es que hace una copia de sí misma, de modo que una célula madre da origen a dos células hijas. Cada una de las células hijas posee una vida independiente, y ambas son idénticas a la célula madre que les dio origen. 28

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Actividad n.º 21 Lea el siguiente texto:

La célula se divide al llegar a cierto punto de su crecimiento. Se forman dos núcleos y de un solo ser resultan dos nuevos. Ambos son productos del primero, y ya no se puede distinguir una célula madre y una célula hija. El primer ser ha desaparecido, y en esa desaparición se manifiesta un instante fundamental de la continuidad de dos seres. Fragmento: Bataille G., “El erotismo”. Editorial Tusquets, Barcelona, 1979, primera edición.

a. ¿Cuál es la importancia de que se formen dos núcleos antes de la división celular? b. ¿Qué debe suceder con cada uno de esos núcleos durante la división celular para que ocurra efectivamente la continuidad entre dos seres?

Actividad n.º 22 Busque en la Bibliografía información sobre la replicación o duplicación del ADN.

a. ¿En qué consiste este proceso? ¿En qué parte de la célula ocurre? b. ¿A qué otro proceso ya estudiado se parece? ¿En qué se diferencia de este último? c. ¿Cuál es la importancia de la duplicación del ADN?

Actividad n.º 23 Investigue en la Bibliografía el mecanismo de reproducción de los virus.

a. ¿De dónde provienen los nucleótidos con los que se replica el ADN viral? b. ¿De dónde provienen los aminoácidos con que se sintetizan las proteínas virales? c. ¿Cómo puede relacionar su respuesta a los puntos a. y b. con el hecho de que el código genético es universal?

Al resolver la Actividad n.º 20, usted debió responder que durante el período de crecimiento, en que la célula está sintetizando activamente proteínas, la cromatina se encuentra desenrollada ya que se requiere que los nucleótidos estén expuestos para la transcripción del mensaje al ARNm. Del mismo modo, durante la duplicación del ADN la cromatina está desenrollada y dispersa en el núcleo. Una vez que el ADN se ha duplicado, la célula está lista para formar dos nuevos núcleos, repartir el material genético equitativamente entre dichos núcleos y dividirse, dando como resultado dos células hijas.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 24 a. ¿Cuál es la importancia de que el material genético se reparta equitativamente en las células hijas?, ¿qué consecuencias traería si no lo hiciera? b. ¿Qué consecuencias traerían a las células hijas que, durante el proceso de copiado, la enzima encargada de unir nucleótidos cambiara uno por otro, omitiera o agregara alguno?

Los procesos que hemos descripto hasta el momento ocurren cuando las fibras de cromatina se encuentran desenrolladas y dispersas en el núcleo. Como vimos, esto es lo que posibilita que la información sea transcripta y copiada. Sin embargo, la distribución equitativa de la información genética no puede llevarse a cabo en semejante "maraña" de fibras que no se distinguen entre sí. Por ello, luego de que el ADN se ha duplicado, comienza un proceso de enrollamiento de las fibras de cromatina, de manera que cada fibra y su copia se pueden distinguir de las otras. (Algo así como comenzar a ovillar los hilos de varias madejas mezcladas, formando madejas individuales). De este enrollamiento de las fibras de cromatina resultan los cromosomas.

Actividad n.º 25 El siguiente esquema representa de una manera muy simplificada un cromosoma luego de la duplicación del ADN y del enrollamiento de la cromatina.

Fuente: adaptado de L. Lacreu, D. Rubel y E. Guahnon, Ciencias Biológicas 3. Buenos Aires, Ediciones Santillana, 1994.

a. Ubique estos términos en las líneas punteadas: centrómero- brazos del cromosomacromátides o cromátidas hermanasb. ¿Cuál es la relación entre la duplicación del ADN y la existencia de cromátides hermanas?

Es importante que no se confunda la formación de dos cromátides, como resultado de duplicación del ADN, con la estructura de doble cadena de la molécula de ADN. Trataremos de sintetizar esta cuestión definiendo algunos términos que usted ya conoce: 30

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• ADN Es el ácido- desoxirribonucleico. Cada molécula de ADN es un polímero cuyos monómeros son los nucleótidos. Cada nucleótido está formado por un azúcar y una base nitrogenada. Cada molécula de ADN está constituida por dos cadenas de nucleótidos, unidos a lo largo por sus bases nitrogenadas. Esta doble cadena no es recta, sino que forma una doble hélice en el espacio. La doble cadena helicoidal es la estructura típica del ADN.

• Cromatina Es el conjunto formado por ADN y proteínas. La cromatina es la manera en que se encuentra el material genético en las células eucariontes. (En las células procariontes se dice que el ADN está desnudo ya que no se encuentra asociado con proteínas). La cromatina puede estar dispersa en el núcleo o condensada formando cromosomas. Esto depende del momento de la vida de la célula.

• Duplicación del ADN Cuando el ADN se está duplicando, la cromatina se encuentra dispersa y descondensada. De esta manera, la doble cadena puede abrirse y ambas cadenas pueden copiarse. La duplicación del ADN da como resultado dos moléculas de ADN; es decir, dos moléculas formadas, cada una, por una doble cadena helicoidal. Estas dos moléculas resultantes de la duplicación tienen idéntica información genética. Las nuevas moléculas también están asociadas con proteínas, formando la cromatina.

• Formación de cromosomas Luego de la duplicación del ADN y antes de la división celular, la cromatina se organiza y da lugar a los cromosomas. Los cromosomas se forman por condensación de la cromatina (ADN + proteínas). Como el ADN se ha duplicado, cada cromosoma está constituido por un par de dobles cadenas del ADN duplicado. Cada una de las cadenas dobles del par forma una cromátide del cromosoma.

Hasta el momento, podemos definir al ciclo celular como el período que va de una división celular a otra. Cuando una célula se divide, se forman dos células hijas. Cada una de ellas, a su vez, crecerá durante un tiempo y volverá a dividirse. Por lo general, dependiendo del tipo de célula, este período puede variar. Por ejemplo, el ciclo celular de las amebas1 es de unas 5 horas, mientras que el de una bacteria puede ser de 15 minutos o menos. También la duración del ciclo celular es variable si se comparan distintos tipos de células de nuestro cuerpo. Por ejemplo, las células del estómago se dividen cada 2 días, mientras que las de la piel lo hacen cada 13, y los glóbulos rojos no lo hacen nunca.

1 Las amebas son protozoos, es decir organismos eucariontes unicelulares.

Aunque la duración del ciclo celular es variable, todas las células eucariontes atraviesan períodos similares durante su ciclo de vida. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 26 Se puede representar el ciclo celular con un círculo:

G1: representa el período de actividad metabólica, en que la célula aumenta de tamaño. S: período en que se duplica el material genético y se sintetizan nuevas proteínas cromatínicas. G2: período en el cual la célula se prepara para la división. M: período en que la célula se divide. a. Relacione los siguientes acontecimientos con alguno de los cuatro períodos mencionados. Para ello, coloque al lado de cada acontecimiento la letra que identifica al período:

• Formación de los cromosomas. • Síntesis de ARNm. • Formación de dos núcleos. • Traducción del mensaje genético. • Duplicación del ADN. • La cromatina se encuentra dispersa. • La cromatina se encuentra condensada. El número de cromosomas también es variable entre una especie y otra. Todas las células que forman a los organismos de una misma especie poseen un número de cromosomas característico. Por ejemplo, todas las células que forman nuestro organismo tienen 46 cromosomas, y cuando estas se dividen, cada una de las células hijas que resulta de la división celular también "hereda" 46 cromosomas. Todos los individuos de nuestra especie tenemos 46 cromosomas en cada una de nuestras células* . * 32

Las células sexuales o gametas (óvulos y espermatozoides) son la única excepción en cuanto al número de cromosomas, ya que, como explicaremos más adelante, sólo poseen 23. EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

A continuación le presentamos una tabla que muestra el número de cromosomas característico de distintas especies:

Nombre común

No de cromosomas

Hombre

46

Perro

78

Paloma

80

Mosquito

6

Hongo penicillium

4

Cebada

14

Tabaco

48

Como le dijimos en las primeras páginas de esta guía, le presentamos ahora una autoevaluación correspondiente a la primera unidad. Tómela como una oportunidad de conocer cómo avanza su aprendizaje. Para ello, le sugerimos que la responda con los conocimientos que usted haya adquirido y que no consulte nuestras respuestas —que aparecen al final— hasta terminar su tarea.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 26 Se puede representar el ciclo celular con un círculo:

G1: representa el período de actividad metabólica, en que la célula aumenta de tamaño. S: período en que se duplica el material genético y se sintetizan nuevas proteínas cromatínicas. G2: período en el cual la célula se prepara para la división. M: período en que la célula se divide. a. Relacione los siguientes acontecimientos con alguno de los cuatro períodos mencionados. Para ello, coloque al lado de cada acontecimiento la letra que identifica al período:

• Formación de los cromosomas. • Síntesis de ARNm. • Formación de dos núcleos. • Traducción del mensaje genético. • Duplicación del ADN. • La cromatina se encuentra dispersa. • La cromatina se encuentra condensada. El número de cromosomas también es variable entre una especie y otra. Todas las células que forman a los organismos de una misma especie poseen un número de cromosomas característico. Por ejemplo, todas las células que forman nuestro organismo tienen 46 cromosomas, y cuando estas se dividen, cada una de las células hijas que resulta de la división celular también "hereda" 46 cromosomas. Todos los individuos de nuestra especie tenemos 46 cromosomas en cada una de nuestras células* . * 32

Las células sexuales o gametas (óvulos y espermatozoides) son la única excepción en cuanto al número de cromosomas, ya que, como explicaremos más adelante, sólo poseen 23. EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

A continuación le presentamos una tabla que muestra el número de cromosomas característico de distintas especies:

Nombre común

No de cromosomas

Hombre

46

Perro

78

Paloma

80

Mosquito

6

Hongo penicillium

4

Cebada

14

Tabaco

48

Como le dijimos en las primeras páginas de esta guía, le presentamos ahora una autoevaluación correspondiente a la primera unidad. Tómela como una oportunidad de conocer cómo avanza su aprendizaje. Para ello, le sugerimos que la responda con los conocimientos que usted haya adquirido y que no consulte nuestras respuestas —que aparecen al final— hasta terminar su tarea.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividades de autoevaluación

BIOLOGÍA Actividad n.º 1

Vuelva al principio de la Unidad, a las actividades de anticipación n.º 1 a 4. a. Intente responderlas nuevamente y luego compárelas con sus primeras respuestas. b. ¿Cuál es el item —de dichas actividades de anticipación— que se podría responder con el siguiente texto?

El material genético está constituido por ADN. Las moléculas de ADN pueden estar muy condensadas formando los cromosomas. Los genes son porciones de ADN que poseen información para la síntesis de una determinada secuencia de aminoácidos. Actividad n.º 2 Suponga que en un prospecto de cierta medicina a base de proteínas, se brinda información sobre las proteínas que contiene. La información está representada en un cuadro como el siguiente:

Tipo de proteína

Tipo de aminoácido

Proteína A

Alanina Leucina Lysina Serina

Proteína B

Alanina Histidina Leucina Metionina

Proteína C

Alanina Leucina Lysina Serina

Cantidad de aminoácidos 7 4 12 9 26 3 15 6 7 4 12 9

a. De las tres proteínas, se puede asegurar que una de ellas es diferente de las otras dos. ¿Cuál es esa proteína?, ¿en qué basa su respuesta? b. ¿Por qué razón se podría pensar que las otras dos proteínas pueden ser iguales?, ¿qué dato es necesario para poder asegurarlo?

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Actividad n.º 3 a. Complete el siguiente cuadro con los nombres que le damos a continuación: ribonucléotidos- proteínas- desoxirribonucleótidos- ADN- aminoácidos- ARN-

Polímero

Monómero

b. ¿Cuáles son las bases que forman los nucleótidos del ADN? c. ¿Qué importancia tiene la secuencia en que se encuentran las bases nitrogenadas de los nucleótidos en la cadena de ADN? Actividad n.º 4 Observe los siguientes esquemas que muestran distintas formas en que se puede representar el material genético: Esquema 1*

Esquema 2

Esquema 3*

Esquema 4*

a. ¿Qué representa cada uno de los esquemas? b. Ordene los esquemas de menor a mayor complejidad. Justifique dicho ordenamiento.

*

Fuente: Lacreu y otros; op. cit. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 5 a. Complete el cuadro indicando las diferencias entre el ADN y los ARN. ADN

ARN

Tipo de nucleótido (según el tipo de azúcar) Nombre de los nucleótidos No de cadenas Presente en el núcleo Presente en el citoplasma b. ¿Por qué se dice que los ARNt cumplen la función de "traductores"? c. ¿Qué características de su estructura les permite cumplir esa función?

Actividad n.º 6 Observe los siguientes esquemas:

Esquema 2.**

Esquema 1.*

a. ¿Qué representa cada uno de ellos? b. Complete las líneas punteadas del esquema 1 con el nombre del proceso que ocurre en cada caso. c. ¿Cuál de los dos esquemas se relaciona con la formación de cromátidas hermanas? Justifique su respuesta.

* Fuente: Aljanati y otros; op. cit. ** Fuente: Lacreu y otros; op. cit. 36

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Actividad n.º 7 Observe la siguiente fotografía, que muestra un tejido formado por células con su núcleo y el material nuclear en su interior:

Fuente: Curtis Helen, Barnes N. Sue, “Biología”, pág.173. Editorial Panamericana, 5t a edición, Madrid, 1993. Con autorización de Editorial Médica Panamericana , M. T. de Alvear 2145, C1122AAG, Buenos Aires, Argentina.

a. Sobre las líneas punteadas coloque una C en aquellas células que están en período de crecimiento, y una D en las que están próximas a dividirse. b. ¿Qué tomó en cuenta para responder el ítem a.? Justifique su respuesta. Actividad n.º 8 Complete el cuadro siguiente, tomando como referencia la secuencia de bases del ADN. (Puede volver a consultar el cuadro de tripletes que está justo antes de la Actividad n.º 14). Tenga en cuenta que en dicho cuadro se consigna la relación entre los tripletes correspondientes al ARNm (codones) y los aminoácidos.

Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones (ARNm) Anticodones (ARNt) Secuencia de aminoácidos (proteína)

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 9 Suponga que, en el ejemplo que aparece en el cuadro de la actividad anterior, han sucedido los siguientes casos que provocan que la proteína resultante sea defectuosa: Caso 1: Durante el proceso de transcripción, la enzima se "equivoca" y coloca un nucleótido en lugar de otro. Caso 2: Durante el proceso de transcripción, la enzima se "equivoca" e intercala un nucleótido de más. Caso 3: Durante la síntesis de un ARNt, la enzima coloca un nucleótido equivocado en la zona del codón. a. Esquematice, para los casos 1 y 2, un posible ejemplo de lo que se describe, tomando como referencia los datos de la actividad anterior (ver Actividad n.º 8). Para ello, puede completar un cuadro como el que sigue (uno para el caso 1 y otro para el 2): Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones Secuencia de aminoácidos (proteína)

b. ¿Cuál es la consecuencia, en la proteína resultante, en cada uno de los tres casos? c. ¿Alguno de los casos anteriores constituye una mutación?, ¿cuál? Justifique la respuesta.

Actividad n.º 10 Relea el texto sobre la insulina, que aparece dentro del destacado con el que finaliza el punto 1.2. de esta unidad (página n.º 26). Recuerde que la diabetes es una enfermedad derivada de la escasez o ausencia de insulina en la sangre. Aunque esta enfermedad no se cura, las personas que padecen diabetes pueden inyectarse insulina producida artificialmente y esta actúa del mismo modo que lo haría la insulina propia. La insulina se sintetiza igual que cualquier otra proteína: a partir de la información genética contenida en una secuencia de nucleótidos (gen) del ADN de las células. Este gen se encuentra en las células humanas y en las de los vertebrados en general, pero no en las de otros organismos.

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En los últimos años se ha logrado la producción de insulina por técnicas de ingeniería genética, insertando un trozo de ADN que contiene el gen de la insulina, en el núcleo de la bacteria Escherichia coli. (Estas bacterias no poseen naturalmente este gen, y por lo tanto no producen insulina). Una vez que se insertó el gen, la maquinaria celular de la bacteria lo "lee" y sintetiza insulina. Los descendientes de estas bacterias también pueden sintetizarla.

a. Para la síntesis de la insulina es necesaria la síntesis del ARNm, de los ARNr y de los ARNt.

• Indique dónde está la información para cada uno de estos ARN, que hace posible que la bacteria fabrique insulina. b. También la bacteria necesitará:

• Nucleótidos para la síntesis de los ARN. • Aminoácidos para la síntesis de la proteína. • ¿De dónde provienen estos nucleótidos y aminoácidos? c. Relacione sus respuestas a los puntos a. y b. con el hecho de que el código genético es universal.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Respuestas a las actividades de autoevaluación

BIOLOGÍA Actividad n.º 1

a A continuación aparecen resueltas las actividades de anticipación n.º 1, 2, 3 y 4 propuestas al principio de la Unidad. Actividad de anticipación n.º 1 a. Esquema de célula eucarionte vegetal:

b. En el núcleo. c. El material genético es el portador de la información genética de un indIviduo y de la especie a la que pertenece. Su función es doble: por un lado regular el funcionamiento de las células, y por otro, transmitir la información de generación en generación. d. Células eucariontes

• El material genético está dentro del núcleo.

Células procariontes

• El material genético está disperso en el citoplasma.

• El material genético está asociado con proteínas llamadas histonas.

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

• El material genético está "desnudo" (no se asocia a proteínas).

Actividad de anticipación n.º 2 a. Nivel de organización

Componentes

Celular

célula

Subcelular

mitocondrias, ribosomas, núcleo celular

Macromolecular

ADN, proteínas

Molecular

agua

b. Centraremos nuestra atención en el nivel subcelular y macromolecular. Naturalmente, también estaremos trabajando en los otros dos niveles. Actividad de anticipación n.º 3 a. Las proteínas son polímeros porque están formadas por la repetición de unidades menores o monómeros. Estos monómeros se denominan aminoácidos. b. Las enzimas son un tipo de proteínas cuya función es la de regular las reacciones metabólicas del organismo. c. Con 20 tipos diferentes de aminoácidos se pueden lograr miles de combinaciones. Cada una de esas combinaciones da lugar a una proteína distinta. La cantidad y el tipo de aminoácidos, así como el orden en que se encuentren, definen el tipo de proteína. Dos proteínas con igual número y tipo de aminoácidos serán diferentes si cambia el orden de los aminoácidos. Actividad de anticipación n.º 4 a. El ADN es un polímero porque, al igual que las proteínas, está formado por monómeros. Los monómeros que forman al ADN se denominan nucleótidos. b. El ADN está formado por una doble cadena de nucleótidos. Esa doble cadena no es lineal sino que sufre una torsión formando una estructura denominada doble hélice. c. Cada nucleótido que forma el ADN está constituido por un azúcar y una base nitrogenada. Las "barandas" están formadas por los azúcares (adenosina) unidos entre sí. Los "peldaños" están formados por las bases nitrogenadas enfrentadas. d. Los azúcares son siempre los mismos; en cambio, las bases nitrogenadas son cuatro, y varían a medida que se recorre la cadena. b El texto responde al punto e. de la Actividad n.º 4.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 2 a. La proteína B es, con seguridad, diferente de las otras dos, ya que no tiene el mismo tipo de aminoácidos ni en la misma proporción. b. Las proteínas A y C podrían ser iguales porque tienen el mismo tipo de aminoácidos, y cada uno se encuentra en igual proporción en ambas proteínas. Sin embargo, no se puede asegurar que sean iguales ya que no se sabe en qué secuencia están ordenados los aminoácidos; y si varía la secuencia, las proteínas son diferentes. Actividad n.º 3 a. Polímero

Monómero

ADN

desoxirribonucleótidos

ARN

ribonucléotidos

Proteínas

aminoácidos

b. Los nucleótidos del ADN están formados por cuatro bases distintas: adenina, guanina, timina y citosina.

c. La secuencia de las bases nitrogenadas es importante ya que constituye la información para la síntesis de proteínas: una determinada secuencia de bases se corresponde con una determinada secuencia de aminoácidos, es decir, con una determinada proteína.

Actividad n.º 4 a. El esquema 1 representa un cromosoma. El esquema 2, la doble cadena de nucleótidos. El esquema 3, la doble hélice. El esquema 4, la cromatina dispersa. b. 1O: doble cadena de nucleótidos 2O: doble hélice 3O: cromatina dispersa 4O: cromosoma La doble cadena de nucleótidos es la forma más sencilla en que puede representarse el ADN. Esta estructura se hace más compleja al estar torsionada en el espacio formando la doble hélice.

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A su vez, cuando la doble hélice se encuentra asociada con proteínas (como ocurre en los organismos eucariontes) forma la cromatina. Finalmente, la cromatina superenrollada y condensada forma los cromosomas. Actividad n.º 5 a. ADN Tipo de nucleótido (según el tipo de azúcar) Nombre de los nucleótidos

ARN

desoxirribonucleótido

ribonucleótido

adenina, guanina, citosina, timina

adenina, guanina, citosina, uracilo

No de cadenas

dos

una

Presente en el núcleo

sí

sí

Presente en el citoplasma

no

sí

b. Los ARNt cumplen la función de "traductores" porque pueden "leer" tanto el lenguaje del ADN (que se basa en la secuencia de nucleótidos) como el de las proteínas (que se basa en la secuencia de aminoácidos). c. Cada ARNt se une en uno de sus extremos con un determinado aminoácido. En otro extremo posee un anticodón; es decir, una secuencia de 3 nucleótidos cuyas bases nitrogenadas son complementarias del codón que codifica para el aminoácido al cual está unido. Cuando el ARNt se une al codón del ARNm, está colocando el aminoácido en la posición indicada por la información genética. Cuando los distintos ARNt ubican a sus aminoácidos en el lugar indicado, estos quedan ordenados según la secuencia del ARNm, que a su vez es complementaria de la del ADN. En el siguiente gráfico podrá observar la molécula de ARNt:

Fuente: Aljanati y otros; op. cit.

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Actividad n.º 6 a. El esquema 1 representa la síntesis de proteínas, y el esquema 2 la duplicación del ADN. b.

Síntesis de proteínas.*

c. El esquema 2 se relaciona con la formación de cromátidas hermanas. El ADN se duplica poco antes de que se produzca la división celular. Luego de la duplicación y antes de la división, la cromatina se enrolla y condensa formando los cromosomas. Como el ADN que forma la cromatina está duplicado, cada cromosoma estará formado por las dos cadenas resultantes de la duplicación. Cada una de esas cadenas condensada es una cromátide. Actividad n.º 7 a.

Corte de tejido que muestra células en distintos momentos del ciclo celular.**

Las células que están creciendo están marcadas con una C; y las que están por dividirse, con una D.

* Fuente: Aljanati y otros; op. cit. ** Fuente: Curtis y otros; op. cit. 44

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b. Las células que están en período de crecimiento se distinguen de las otras porque son más pequeñas (justo antes de dividirse es cuando han alcanzado su máximo tamaño), y también porque la cromatina está dispersa, ya que la célula está activa sintetizando proteínas. En cambio, antes de la división, la cromatina se organiza y condensa formando los cromosomas. Actividad n.º 8 Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones

CGUCCUCCUGUU

Anticodones

GCAGGAGGACAA

Secuencia de aminoácidos (proteína)

arg - pro - pro - val

Actividad n.º 9 a. y b. Los nucleótidos erróneos están señalados en los cuadros siguientes con color. Caso 1 Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones

CUUCCUCCUGUU

Secuencia de aminoácidos (proteína)

leu - pro - pro - val

CONSECUENCIA: Al reemplazar un nucleótido por otro equivocado, se modificó un sólo aminoácido de la proteína. Caso 2 Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones

CGUUCCUCCUGUU

Secuencia de aminoácidos (proteína)

arg - ser - ser - cys

CONSECUENCIA: Al intercalar un nucleótido, cambió toda la secuencia de codones. Por lo tanto, a partir del lugar en que se intercaló el nucleótido, cambiarán completamente los aminoácidos que forman la proteína. Caso 3 CONSECUENCIA: La proteína tendrá un sólo aminoácido erróneo. Por ejemplo, si el ARNt es el que transporta a la arg, se unirá a ella por su extremo; pero como su anticodón está equivocado, se unirá a un codón que no corresponde a la arg.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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c. No, ninguno de los casos mencionados constituye una mutación, ya que las mutaciones son cambios que se producen en el ADN. Actividad n.º 10 a. La información para la síntesis del ARNm se encuentra en el trozo de ADN insertado en la E.coli, ya que esa información no se encuentra en las bacterias. (Estas, como dijimos, no sintetizan naturalmente insulina). Pero el ADN de las bacterias tiene información para la síntesis del ARNr y de todos los ARNt correspondientes a los 20 aminoácidos; de manera que esta proviene del ADN bacteriano. b. Tanto los nucleótidos como los aminoácidos necesarios para la síntesis están en la bacteria, y son los que ella misma utiliza para sintetizar sus propias proteínas y ARN. Estos componentes provienen de la digestión de los alimentos que ingiere la bacteria. c. La universalidad del código genético tiene por lo menos dos consecuencias importantes. En primer lugar, la equivalencia entre codones, anticodones y aminoácidos es la misma en cualquier célula de cualquier ser vivo. En segundo lugar, el mecanismo de traducción también es el mismo: los ARNt, cualquiera sea su procedencia, pueden ubicar un aminoácido en su lugar correcto. El hecho de que el código genético sea universal es lo que permite introducir información de unos organismos en otros y "forzarlos" a sintetizar proteínas que antes no sintetizaban.

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Actividades de autoevaluación

BIOLOGÍA Actividad n.º 1

Vuelva al principio de la Unidad, a las actividades de anticipación n.º 1 a 4. a. Intente responderlas nuevamente y luego compárelas con sus primeras respuestas. b. ¿Cuál es el item —de dichas actividades de anticipación— que se podría responder con el siguiente texto?

El material genético está constituido por ADN. Las moléculas de ADN pueden estar muy condensadas formando los cromosomas. Los genes son porciones de ADN que poseen información para la síntesis de una determinada secuencia de aminoácidos. Actividad n.º 2 Suponga que en un prospecto de cierta medicina a base de proteínas, se brinda información sobre las proteínas que contiene. La información está representada en un cuadro como el siguiente:

Tipo de proteína

Tipo de aminoácido

Proteína A

Alanina Leucina Lysina Serina

Proteína B

Alanina Histidina Leucina Metionina

Proteína C

Alanina Leucina Lysina Serina

Cantidad de aminoácidos 7 4 12 9 26 3 15 6 7 4 12 9

a. De las tres proteínas, se puede asegurar que una de ellas es diferente de las otras dos. ¿Cuál es esa proteína?, ¿en qué basa su respuesta? b. ¿Por qué razón se podría pensar que las otras dos proteínas pueden ser iguales?, ¿qué dato es necesario para poder asegurarlo?

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Actividad n.º 3 a. Complete el siguiente cuadro con los nombres que le damos a continuación: ribonucléotidos- proteínas- desoxirribonucleótidos- ADN- aminoácidos- ARN-

Polímero

Monómero

b. ¿Cuáles son las bases que forman los nucleótidos del ADN? c. ¿Qué importancia tiene la secuencia en que se encuentran las bases nitrogenadas de los nucleótidos en la cadena de ADN? Actividad n.º 4 Observe los siguientes esquemas que muestran distintas formas en que se puede representar el material genético: Esquema 1*

Esquema 2

Esquema 3*

Esquema 4*

a. ¿Qué representa cada uno de los esquemas? b. Ordene los esquemas de menor a mayor complejidad. Justifique dicho ordenamiento.

*

Fuente: Lacreu y otros; op. cit. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 1

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Actividad n.º 5 a. Complete el cuadro indicando las diferencias entre el ADN y los ARN. ADN

ARN

Tipo de nucleótido (según el tipo de azúcar) Nombre de los nucleótidos No de cadenas Presente en el núcleo Presente en el citoplasma b. ¿Por qué se dice que los ARNt cumplen la función de "traductores"? c. ¿Qué características de su estructura les permite cumplir esa función?

Actividad n.º 6 Observe los siguientes esquemas:

Esquema 2.**

Esquema 1.*

a. ¿Qué representa cada uno de ellos? b. Complete las líneas punteadas del esquema 1 con el nombre del proceso que ocurre en cada caso. c. ¿Cuál de los dos esquemas se relaciona con la formación de cromátidas hermanas? Justifique su respuesta.

* Fuente: Aljanati y otros; op. cit. ** Fuente: Lacreu y otros; op. cit. 36

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Actividad n.º 7 Observe la siguiente fotografía, que muestra un tejido formado por células con su núcleo y el material nuclear en su interior:

Fuente: Curtis Helen, Barnes N. Sue, “Biología”, pág.173. Editorial Panamericana, 5t a edición, Madrid, 1993. Con autorización de Editorial Médica Panamericana , M. T. de Alvear 2145, C1122AAG, Buenos Aires, Argentina.

a. Sobre las líneas punteadas coloque una C en aquellas células que están en período de crecimiento, y una D en las que están próximas a dividirse. b. ¿Qué tomó en cuenta para responder el ítem a.? Justifique su respuesta. Actividad n.º 8 Complete el cuadro siguiente, tomando como referencia la secuencia de bases del ADN. (Puede volver a consultar el cuadro de tripletes que está justo antes de la Actividad n.º 14). Tenga en cuenta que en dicho cuadro se consigna la relación entre los tripletes correspondientes al ARNm (codones) y los aminoácidos.

Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones (ARNm) Anticodones (ARNt) Secuencia de aminoácidos (proteína)

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Actividad n.º 9 Suponga que, en el ejemplo que aparece en el cuadro de la actividad anterior, han sucedido los siguientes casos que provocan que la proteína resultante sea defectuosa: Caso 1: Durante el proceso de transcripción, la enzima se "equivoca" y coloca un nucleótido en lugar de otro. Caso 2: Durante el proceso de transcripción, la enzima se "equivoca" e intercala un nucleótido de más. Caso 3: Durante la síntesis de un ARNt, la enzima coloca un nucleótido equivocado en la zona del codón. a. Esquematice, para los casos 1 y 2, un posible ejemplo de lo que se describe, tomando como referencia los datos de la actividad anterior (ver Actividad n.º 8). Para ello, puede completar un cuadro como el que sigue (uno para el caso 1 y otro para el 2): Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones Secuencia de aminoácidos (proteína)

b. ¿Cuál es la consecuencia, en la proteína resultante, en cada uno de los tres casos? c. ¿Alguno de los casos anteriores constituye una mutación?, ¿cuál? Justifique la respuesta.

Actividad n.º 10 Relea el texto sobre la insulina, que aparece dentro del destacado con el que finaliza el punto 1.2. de esta unidad (página n.º 26). Recuerde que la diabetes es una enfermedad derivada de la escasez o ausencia de insulina en la sangre. Aunque esta enfermedad no se cura, las personas que padecen diabetes pueden inyectarse insulina producida artificialmente y esta actúa del mismo modo que lo haría la insulina propia. La insulina se sintetiza igual que cualquier otra proteína: a partir de la información genética contenida en una secuencia de nucleótidos (gen) del ADN de las células. Este gen se encuentra en las células humanas y en las de los vertebrados en general, pero no en las de otros organismos.

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En los últimos años se ha logrado la producción de insulina por técnicas de ingeniería genética, insertando un trozo de ADN que contiene el gen de la insulina, en el núcleo de la bacteria Escherichia coli. (Estas bacterias no poseen naturalmente este gen, y por lo tanto no producen insulina). Una vez que se insertó el gen, la maquinaria celular de la bacteria lo "lee" y sintetiza insulina. Los descendientes de estas bacterias también pueden sintetizarla.

a. Para la síntesis de la insulina es necesaria la síntesis del ARNm, de los ARNr y de los ARNt.

• Indique dónde está la información para cada uno de estos ARN, que hace posible que la bacteria fabrique insulina. b. También la bacteria necesitará:

• Nucleótidos para la síntesis de los ARN. • Aminoácidos para la síntesis de la proteína. • ¿De dónde provienen estos nucleótidos y aminoácidos? c. Relacione sus respuestas a los puntos a. y b. con el hecho de que el código genético es universal.

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Respuestas a las actividades de autoevaluación

BIOLOGÍA Actividad n.º 1

a A continuación aparecen resueltas las actividades de anticipación n.º 1, 2, 3 y 4 propuestas al principio de la Unidad. Actividad de anticipación n.º 1 a. Esquema de célula eucarionte vegetal:

b. En el núcleo. c. El material genético es el portador de la información genética de un indIviduo y de la especie a la que pertenece. Su función es doble: por un lado regular el funcionamiento de las células, y por otro, transmitir la información de generación en generación. d. Células eucariontes

• El material genético está dentro del núcleo.

Células procariontes

• El material genético está disperso en el citoplasma.

• El material genético está asociado con proteínas llamadas histonas.

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• El material genético está "desnudo" (no se asocia a proteínas).

Actividad de anticipación n.º 2 a. Nivel de organización

Componentes

Celular

célula

Subcelular

mitocondrias, ribosomas, núcleo celular

Macromolecular

ADN, proteínas

Molecular

agua

b. Centraremos nuestra atención en el nivel subcelular y macromolecular. Naturalmente, también estaremos trabajando en los otros dos niveles. Actividad de anticipación n.º 3 a. Las proteínas son polímeros porque están formadas por la repetición de unidades menores o monómeros. Estos monómeros se denominan aminoácidos. b. Las enzimas son un tipo de proteínas cuya función es la de regular las reacciones metabólicas del organismo. c. Con 20 tipos diferentes de aminoácidos se pueden lograr miles de combinaciones. Cada una de esas combinaciones da lugar a una proteína distinta. La cantidad y el tipo de aminoácidos, así como el orden en que se encuentren, definen el tipo de proteína. Dos proteínas con igual número y tipo de aminoácidos serán diferentes si cambia el orden de los aminoácidos. Actividad de anticipación n.º 4 a. El ADN es un polímero porque, al igual que las proteínas, está formado por monómeros. Los monómeros que forman al ADN se denominan nucleótidos. b. El ADN está formado por una doble cadena de nucleótidos. Esa doble cadena no es lineal sino que sufre una torsión formando una estructura denominada doble hélice. c. Cada nucleótido que forma el ADN está constituido por un azúcar y una base nitrogenada. Las "barandas" están formadas por los azúcares (adenosina) unidos entre sí. Los "peldaños" están formados por las bases nitrogenadas enfrentadas. d. Los azúcares son siempre los mismos; en cambio, las bases nitrogenadas son cuatro, y varían a medida que se recorre la cadena. b El texto responde al punto e. de la Actividad n.º 4.

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Actividad n.º 2 a. La proteína B es, con seguridad, diferente de las otras dos, ya que no tiene el mismo tipo de aminoácidos ni en la misma proporción. b. Las proteínas A y C podrían ser iguales porque tienen el mismo tipo de aminoácidos, y cada uno se encuentra en igual proporción en ambas proteínas. Sin embargo, no se puede asegurar que sean iguales ya que no se sabe en qué secuencia están ordenados los aminoácidos; y si varía la secuencia, las proteínas son diferentes. Actividad n.º 3 a. Polímero

Monómero

ADN

desoxirribonucleótidos

ARN

ribonucléotidos

Proteínas

aminoácidos

b. Los nucleótidos del ADN están formados por cuatro bases distintas: adenina, guanina, timina y citosina.

c. La secuencia de las bases nitrogenadas es importante ya que constituye la información para la síntesis de proteínas: una determinada secuencia de bases se corresponde con una determinada secuencia de aminoácidos, es decir, con una determinada proteína.

Actividad n.º 4 a. El esquema 1 representa un cromosoma. El esquema 2, la doble cadena de nucleótidos. El esquema 3, la doble hélice. El esquema 4, la cromatina dispersa. b. 1O: doble cadena de nucleótidos 2O: doble hélice 3O: cromatina dispersa 4O: cromosoma La doble cadena de nucleótidos es la forma más sencilla en que puede representarse el ADN. Esta estructura se hace más compleja al estar torsionada en el espacio formando la doble hélice.

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A su vez, cuando la doble hélice se encuentra asociada con proteínas (como ocurre en los organismos eucariontes) forma la cromatina. Finalmente, la cromatina superenrollada y condensada forma los cromosomas. Actividad n.º 5 a. ADN Tipo de nucleótido (según el tipo de azúcar) Nombre de los nucleótidos

ARN

desoxirribonucleótido

ribonucleótido

adenina, guanina, citosina, timina

adenina, guanina, citosina, uracilo

No de cadenas

dos

una

Presente en el núcleo

sí

sí

Presente en el citoplasma

no

sí

b. Los ARNt cumplen la función de "traductores" porque pueden "leer" tanto el lenguaje del ADN (que se basa en la secuencia de nucleótidos) como el de las proteínas (que se basa en la secuencia de aminoácidos). c. Cada ARNt se une en uno de sus extremos con un determinado aminoácido. En otro extremo posee un anticodón; es decir, una secuencia de 3 nucleótidos cuyas bases nitrogenadas son complementarias del codón que codifica para el aminoácido al cual está unido. Cuando el ARNt se une al codón del ARNm, está colocando el aminoácido en la posición indicada por la información genética. Cuando los distintos ARNt ubican a sus aminoácidos en el lugar indicado, estos quedan ordenados según la secuencia del ARNm, que a su vez es complementaria de la del ADN. En el siguiente gráfico podrá observar la molécula de ARNt:

Fuente: Aljanati y otros; op. cit.

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Actividad n.º 6 a. El esquema 1 representa la síntesis de proteínas, y el esquema 2 la duplicación del ADN. b.

Síntesis de proteínas.*

c. El esquema 2 se relaciona con la formación de cromátidas hermanas. El ADN se duplica poco antes de que se produzca la división celular. Luego de la duplicación y antes de la división, la cromatina se enrolla y condensa formando los cromosomas. Como el ADN que forma la cromatina está duplicado, cada cromosoma estará formado por las dos cadenas resultantes de la duplicación. Cada una de esas cadenas condensada es una cromátide. Actividad n.º 7 a.

Corte de tejido que muestra células en distintos momentos del ciclo celular.**

Las células que están creciendo están marcadas con una C; y las que están por dividirse, con una D.

* Fuente: Aljanati y otros; op. cit. ** Fuente: Curtis y otros; op. cit. 44

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b. Las células que están en período de crecimiento se distinguen de las otras porque son más pequeñas (justo antes de dividirse es cuando han alcanzado su máximo tamaño), y también porque la cromatina está dispersa, ya que la célula está activa sintetizando proteínas. En cambio, antes de la división, la cromatina se organiza y condensa formando los cromosomas. Actividad n.º 8 Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones

CGUCCUCCUGUU

Anticodones

GCAGGAGGACAA

Secuencia de aminoácidos (proteína)

arg - pro - pro - val

Actividad n.º 9 a. y b. Los nucleótidos erróneos están señalados en los cuadros siguientes con color. Caso 1 Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones

CUUCCUCCUGUU

Secuencia de aminoácidos (proteína)

leu - pro - pro - val

CONSECUENCIA: Al reemplazar un nucleótido por otro equivocado, se modificó un sólo aminoácido de la proteína. Caso 2 Secuencia de ADN

GCAGGAGGACAA

Codones

CGUUCCUCCUGUU

Secuencia de aminoácidos (proteína)

arg - ser - ser - cys

CONSECUENCIA: Al intercalar un nucleótido, cambió toda la secuencia de codones. Por lo tanto, a partir del lugar en que se intercaló el nucleótido, cambiarán completamente los aminoácidos que forman la proteína. Caso 3 CONSECUENCIA: La proteína tendrá un sólo aminoácido erróneo. Por ejemplo, si el ARNt es el que transporta a la arg, se unirá a ella por su extremo; pero como su anticodón está equivocado, se unirá a un codón que no corresponde a la arg.

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c. No, ninguno de los casos mencionados constituye una mutación, ya que las mutaciones son cambios que se producen en el ADN. Actividad n.º 10 a. La información para la síntesis del ARNm se encuentra en el trozo de ADN insertado en la E.coli, ya que esa información no se encuentra en las bacterias. (Estas, como dijimos, no sintetizan naturalmente insulina). Pero el ADN de las bacterias tiene información para la síntesis del ARNr y de todos los ARNt correspondientes a los 20 aminoácidos; de manera que esta proviene del ADN bacteriano. b. Tanto los nucleótidos como los aminoácidos necesarios para la síntesis están en la bacteria, y son los que ella misma utiliza para sintetizar sus propias proteínas y ARN. Estos componentes provienen de la digestión de los alimentos que ingiere la bacteria. c. La universalidad del código genético tiene por lo menos dos consecuencias importantes. En primer lugar, la equivalencia entre codones, anticodones y aminoácidos es la misma en cualquier célula de cualquier ser vivo. En segundo lugar, el mecanismo de traducción también es el mismo: los ARNt, cualquiera sea su procedencia, pueden ubicar un aminoácido en su lugar correcto. El hecho de que el código genético sea universal es lo que permite introducir información de unos organismos en otros y "forzarlos" a sintetizar proteínas que antes no sintetizaban.

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UNIDAD

2

Transmisión de la información genética La información genética de cada persona es única. Salvo en el caso de los gemelos, que se originan de un único huevo, no existen dos seres humanos que compartan la totalidad de sus genes. Sin embargo, en general los integrantes de una misma familia de origen se parecen más entre sí que a los de otras familias. A su vez, todas las personas son más parecidas entre sí que si se las compara con otros mamíferos. Estamos hablando de similitudes y diferencias y, en parte, el estudio de la genética trata de explicar justamente estas cuestiones: el porqué de los parecidos y, por lo tanto, el porqué de las desigualdades1 . En la unidad anterior usted ha aprendido que el código genético es universal, y que también lo es el mecanismo a través del cual dicho código se expresa en los organismos: la variedad entre las personas y entre los seres vivos en general se debe a las diferencias en la información genética; es decir, en la secuencia de nucleótidos del material genético de las células que los conforman.

1 Por supuesto, nos estamos refiriendo a desigualdades que tienen un origen biológico. Las diferencias sociales, culturales, de clases, etc. no tienen un origen biológico, y por lo tanto, no son tratadas por la genética.

Hoy sabemos que la información genética se transmite en los seres humanos —y en todos los organismos que se reproducen sexualmente— a través de las células sexuales (óvulos y espermatozoides), y que luego de la fecundación, se forma una célula huevo que se divide sucesivamente hasta originar un individuo completo. En cada una de esas divisiones se cumple un ciclo celular, y una copia del material genético pasa de una célula a la otra. ¿A qué se deben las similitudes entre los organismos de una misma familia?, ¿cómo se transmite la información de padres a hijos?, ¿por qué algunas personas son más parecidas a algún abuelo que a sus propios padres? ¿Por qué los organismos de una misma especie son más parecidos entre sí que a los de otras especies? A lo largo de esta unidad nos centraremos en el proceso de reproducción y en la transmisión de la información genética tanto en organismos unicelulares como pluricelulares. Estudiaremos también algunas consecuencias de los cambios que pueden ocurrir en la información genética.

BIBLIOGRAFÍA Vuelva a la página n.º 9 para consultar la bibliografía sugerida para estudiar.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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2.1. La reproducción celular Todos los seres vivos se reproducen, es decir, generan nuevos individuos. Mediante la reproducción, la información genética es transmitida de padres a hijos; por ello, esta función es esencial para la supervivencia de las especies a través del tiempo. Comenzaremos estudiando la reproducción en los organismos unicelulares.

Actividad n.º 27 Lea atentamente el siguiente texto:

“Consideremos una bacteria. La célula contiene una gran variedad de moléculas grandes y pequeñas. La molécula más grande es una cadena doble de ADN que, desenrollada, tiene una longitud 500 veces mayor que la de la bacteria. Este hilo finísimo, de aproximadamente 1 mm de largo, constituye el 'patrimonio hereditario' de la célula y permitirá su reproducción. En una solución nutritiva adecuada, esta célula se dividirá cada veinte minutos. En cada una de estas divisiones, las dos células hijas quedan dotadas con la herencia del código genético de la célula madre. Pero para que esto ocurra es necesario que antes de la división se haya elaborado una copia exacta de la secuencia compuesta por los tres millones de pares de nucleótidos que componen ese largo hilo del ADN, puesto que es precisamente esa secuencia lo que contiene — como si se tratara de un mensaje escrito en clave — las instrucciones para la nueva célula.” Bresch C., “La vida un estadio intermedio". Editorial Salvat, Barcelona, 1987.

(Recuerde que las bacterias pertenecen al reino de los protistas. Este reino reúne a un conjunto de organismos unicelulares constituidos por células procariontes). Responda las siguientes preguntas: a. ¿Cuáles son las diferencias entre las células procariontes y las eucariontes? b. ¿En qué se diferencia el material genético de ambos tipos celulares? (Si no lo recuerda, revise su respuesta a la Actividad n.º 1 d.). c. ¿Cómo piensa usted que serán las células hijas de una bacteria respecto de la progenitora: similares, idénticas o diferentes? Justifique su respuesta.

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Actividad n.º 28 La reproducción de las bacterias corresponde al tipo de división celular más sencillo denominado fisión binaria. Busque en la Bibliografía información acerca de este tipo de división.

a. Esquematice el ciclo celular de una bacteria, tomando como modelo el gráfico realizado para células eucariontes en la Actividad n.º 26, y haga las modificaciones necesarias. b. Relate lo que sucede en cada etapa teniendo en cuenta las diferencias entre las células procariontes y las eucariontes.

En la unidad anterior, al estudiar el ciclo celular de las células eucariontes, nos concentramos en las etapas del ciclo que no incluyen la división celular. Ahora nos detendremos particularmente en el estudio de la división celular de las células eucariontes. Después de que se forman los cromosomas, sucede un conjunto de acontecimientos cuyo resultado es el reparto equitativo del material genético en los dos polos del citoplasma celular, luego de lo cual la célula eucarionte se divide por estrangulamiento. Este último proceso es similar al que ocurre durante la fisión binaria. A este conjunto de acontecimientos del proceso de división celular se lo denomina mitosis. La mitosis es el modo de reproducción típico de todas las células eucariontes. Así, en el ciclo celular, podemos reconocer dos grandes períodos: uno de ellos corresponde al período en el cual la célula se está dividiendo, llamado mitosis; el otro período, en el que la célula no se está dividiendo, se denomina interfase.

Actividad n.º 29 Busque en la Bibliografía información sobre mitosis e interfase.

a. Partiendo de una célula en interfase, complete el cuadro ordenando temporalmente, en la columna de la izquierda, los sucesos que se mencionan más abajo. Luego represente dichos sucesos en los esquemas que están en la columna de la derecha, considerando que se trata de una célula con 4 cromosomas. Sucesos: A. Las cromátides hermanas se separan y comienzan a migrar, guiadas por el huso, cada una hacia el polo celular más cercano. B. La cromatina comienza a enrollarse y se empiezan a hacer visibles los cromosomas formados por dos cromátides hermanas. Comienza a disolverse la membrana celular y a formarse el huso.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

49

C. La cromatina se encuentra dispersa en el núcleo y encerrada dentro de la membrana nuclear. D. Los cromosomas, ubicados en los polos, comienzan a desenrollarse; se inicia la formación de la membrana nuclear y la citocinesis. E. Los cromosomas, unidos a las fibras del huso, se ubican en el plano ecuatorial de la célula. Sucesos

Representación gráfica

1o

Célula eucarionte

2o

Célula eucarionte

3o

Célula eucarionte

4o

Célula eucarionte

5o

Célula eucarionte

50

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

b. ¿En cuál o cuáles de los sucesos mencionados los cromosomas están formados por dos cromátides; y en cuál o cuáles, sólo por una? c. La formación de cromátides hermanas es fundamental para que pueda repartirse el material genético en las células hijas. ¿Cómo se llama el proceso por el cual se forman?, ¿en qué etapa del ciclo celular ocurre dicho proceso? d. ¿Cuántos cromosomas tiene la célula progenitora? ¿Cuántos cromosomas tendrán las células hijas?

Actividad n.º 30 Aunque la mitosis es un proceso continuo en el cual no es posible separar los sucesos de una manera rotunda, para facilitar su estudio y la comunicación de sus observaciones, los científicos han establecido distintas fases en dicho proceso. ¿A cuáles de dichas fases (metafase, telofase, etc.) corresponde aproximadamente cada uno de los sucesos ordenados en el cuadro de la actividad anterior?

• Escríbalo en las líneas punteadas que aparecen a continuación. 1o suceso: ..................................................................... 2o suceso: ..................................................................... 3o suceso: ..................................................................... 4o suceso: ..................................................................... 5o suceso: .....................................................................

Actividad n.º 31 Lea detenidamente el siguiente texto:

Ningún jardinero que haya experimentado — tras la ardua tarea de limpiar su huerto— cómo sus plantas se vuelven a inundar de semillas al cabo de unas semanas, negará los espectaculares índices de crecimiento de que son capaces los seres vivos. Pensemos, si no, en un bebé que pesa al nacer 3,6 kg y que sólo nueve meses antes era una pequeña partícula que pesaba menos que un gramo. Para aumentar de tamaño los seres vivos no se inflan como balones, ni añaden unidades prefabricadas a las existentes, como lo hacen los cristales. El secreto del crecimiento está en que los organismos de plantas y animales están estructurados en células, unidades vitales generalmente menores de 0,1 mm. Cada célula tiene posibilidades de expansión limitadas, ya sea en un organismo de una sola o de millones de ellas. Para que exista auténtico crecimiento, la célula tiene que dividirse en dos, y normalmente se divide de un modo rítmico y cíclico. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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Nuestra visión no está preparada para percibir a simple vista objetos de menos de 0,1 mm. Debido a esta limitación, consideramos el crecimiento de los seres vivos como un proceso continuo. En períodos largos, podemos apreciar que una planta se hace más alta y añade hojas nuevas a las ya existentes o que nuestros hijos aumentan de estatura, y lo que nuestros sentidos nos dicen sobre estos cambios naturales se añade a este gradualismo. La apariencia externa del crecimiento de un brote es de un fluir continuo. El proceso de crecimiento subyacente es, sin embargo, bastante distinto; en última instancia, cualquier crecimiento continuo consiste en la producción de nuevas subunidades vivientes, es decir, de células. Las nuevas células sólo pueden crearse mediante el proceso de división, durante el cual una célula se divide en dos. La pareja de células que resulta de este proceso de escisión es capaz, tras un período de tiempo que puede durar entre media hora y varios días, de repetir el mismo proceso de división. Mediante este proceso esencialmente discontinuo y cíclico, las células se reproducen, se crea una nueva materia y tiene lugar el crecimiento. Por lo tanto, por debajo del nivel decisivo de organización, las actividades del crecimiento de los seres vivos no son simples expansiones. Más bien consisten en cantidades ínfimas de crecimiento cuya suma parece ser continua. La situación percibida por el ojo humano es el promedio del total de millones de divisiones de las células. Texto adaptado de Ayensu E., Whitfield P.,"Los ritmos de la vida", , Editorial Debate, Madrid, 1983.

Ahora trate de explicar con sus propias palabras las frases siguientes, extraídas del texto, respondiendo a las preguntas que le formulamos:

"El secreto del crecimiento está en que los organismos de plantas y animales están estructurados en células". • ¿Qué significa que los organismos están estructurados en células? • ¿Por qué dice que ese es el secreto del crecimiento? • ¿Con qué otras formas de crecimiento se compara en el texto el crecimiento de los seres vivos? "Para que exista auténtico crecimiento, la célula tiene que dividirse en dos, y normalmente se divide de un modo rítmico y cíclico". • ¿Cómo se denomina el proceso de división celular? • ¿Por qué dice que la división es rítmica y cíclica? "La apariencia externa del crecimiento de un brote es de un fluir continuo. El proceso de crecimiento subyacente es, sin embargo, bastante distinto, en última instancia, cualquier crecimiento continuo consiste en la producción de nuevas subunidades vivientes, es decir, de células". • ¿A qué se refiere cuando dice "crecimiento subyacente"? • Según lo que usted entendió, ¿el crecimiento es un proceso continuo o discontinuo? Justifique su respuesta. 52

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

2.2. La reproducción en organismos pluricelulares Como usted ha visto en la sección anterior, la reproducción es la formación de nuevos individuos, los hijos, a partir de los progenitores. En el caso de los organismos unicelulares, es todo el organismo el que participa de la reproducción, de manera tal que, al final del proceso, se originan dos células hijas, entre las cuales ya no es posible distinguir entre el progenitor y la descendencia. Cada una de esas células hijas, al cabo de un tiempo, pasa a ser un progenitor que nuevamente originará descendencia. En el caso de los organismos pluricelulares la cuestión es diferente, ya que sólo una parte del organismo participa del proceso de reproducción, y el individuo progenitor queda invariante luego del mismo. La mayor parte de los animales y de las plantas requieren, para la reproducción, de la concurrencia de dos individuos de sexo diferente. En ese caso se habla de reproducción sexual. Sin embargo, algunos organismos pueden generar descendencia a partir de un único individuo. En ese caso el proceso de denomina reproducción asexual. La mayor parte de los organismos que se reproducen asexualmente también lo hacen sexualmente.

REPRODUCCIÓN ASEXUAL Actividad n.º 32 a. Busque en la Bibliografía ejemplos de animales que se reproducen asexualmente* y complete el siguiente cuadro:

Organismo

Tipo de reproducción

¿En qué consiste?

¿Se reproduce también

asexual

sexualmente?

b. Las plantas pueden reproducirse asexualmente mediante diversos mecanismos.

* En la bibliográfia recomendada para este bloque, esta información está desarrollada de un modo superficial. Para profundizar un poco más, usted puede consultar cualquier texto de Biología para 2o año de la escuela media. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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Busque en la Bibliografía los siguientes modos de reproducción asexual en plantas y complete el cuadro:

Tipo de reproducción asexual

¿En qué consiste?

Ejemplo de planta

Estolón Bulbo Tubérculo Rizoma

Actividad n.º 33 En la actividad anterior usted ha tenido oportunidad de aprender que muchos organismos pueden producir nuevos organismos (reproducirse) a partir de una porción de su cuerpo. Tome, por ejemplo, el caso de la gemación en las hidras o los corales. a. ¿Mediante qué mecanismo piensa que puede formarse un individuo completo a partir de una yema del organismo paterno? b. ¿Cómo será la descendencia con respecto a los progenitores: diferente, similar o idéntica? Justifique su respuesta.

REPRODUCCIÓN SEXUAL La mayor parte de los animales y plantas se reproducen sexualmente. Aún algunos de los que en determinadas circunstancias pueden reproducirse asexualmente, alternan este tipo de reproducción con la reproducción sexual. En esta unidad presentaremos una introducción general a la reproducción sexual. En la Unidad 3 nos centraremos específicamente en la reproducción humana.

Actividad n.º 34 Busque en la Bibliografía información sobre la reproducción sexual de animales y plantas. Luego, lea la información que aquí le aportamos y responda las preguntas formuladas:

a. Aunque las variaciones entre las distintas especies son muy grandes, la reproducción sexual en todas ellas tiene algo en común: los nuevos individuos se forman a partir de la unión de dos células diferentes, las células sexuales o gametas, una masculina y otra femenina.

• ¿Qué nombre reciben las gametas femeninas y masculinas de los animales?, ¿y de los vegetales?

54

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

b. Estas células se desarrollan en órganos especializados denominados gónadas.

• ¿Cómo se denominan las gónadas femeninas y masculinas de los animales?, ¿y de los vegetales? c. La clave de la reproducción sexual está en el proceso de fecundación.

• ¿En qué consiste la fecundación? Haga una descripción lo más detallada posible de lo que sucede a partir del encuentro entre el óvulo y el espermatozoide. d. Como resultado de la fecundación se forma una célula huevo (también llamada cigota). La cigota es una célula cuyo núcleo es el resultado de la unión del núcleo del óvulo y el del espermatozoide.

• ¿De dónde proviene el citoplasma de la cigota?

Actividad n.º 35 En todos los organismos que se reproducen sexualmente, la formación de un nuevo individuo requiere de la fecundación. La fecundación es un proceso común a todos ellos. Sin embargo, en las distintas especies, los mecanismos y órganos mediante los que se asegura el encuentro de las gametas son muy diferentes. a. Busque en la Bibliografía información referida a la fecundación en las plantas, y realice una síntesis de dicha información que incluya la llegada del tubo polínico a la oosfera, la formación de las semillas y el desarrollo del fruto.

b. Busque en la Bibliografía información referida a la fecundación en animales. Distinga entre fecundación interna y externa, y complete el siguiente cuadro:

Ejemplos de animales con fecundación interna

Ejemplos de animales con fecundación externa

c. Tome un ejemplo de animal con fecundación interna y uno con fecundación externa. Describa el ambiente en que vive cada uno, y los mecanismos y estructuras que utiliza en la fecundación.

Luego de la fecundación comienza el proceso de formación del embrión. El embrión se desarrolla a partir de una única célula, la cigota, que se divide a través de numerosas divisiones mitóticas, dando lugar a los miles y miles de células que conforman a un individuo completo. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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La cigota no es otra cosa que una célula cuyo citoplasma y organelas citoplasmáticas provienen del óvulo materno, y cuyo núcleo está formado por el material genético aportado por ambos progenitores. Todas las células que se originan a partir de ella poseen la misma información genética. Al finalizar la Unidad 1 dijimos que cada especie posee un número característico de cromosomas, que es igual para todas las células que forman a los organismos de esa especie. Pero no sólo el número es característico, también lo es su forma y su tamaño. En la actualidad existen técnicas muy precisas gracias a las cuales se pueden observar y fotografiar los cromosomas a través del microscopio. La representación gráfica o fotográfica del número, tamaño y forma de los cromosomas de una especie se denomina cariotipo. La siguiente ilustración muestra un esquema del cariotipo humano:

Fuente: Curtis y otros; op. cit. Pág. 402. Con autorización de Editorial Médica Panamericana, M.T. de Alvear 2145, C1122AAG, Bs. As., Argentina.

Del total de los cromosomas de cada célula, una mitad proviene de la madre y la otra mitad proviene del padre, y por cada cromosoma materno hay uno paterno equivalente. Esto permite ordenarlos por pares de igual forma y tamaño. A cada uno de estos pares se lo denomina par de cromosomas homólogos. En la ilustración del cariotipo humano presentada anteriormente, vemos los 23 pares de cromosomas (es decir, 46 cromosomas totales) característicos de nuestra especie. Si pone atención a la numeración, verá que sólo están numerados 22 de los 23 pares. El par 23 no tiene número sino que lleva dos letras: una x y una y. Este par representa los cromosomas sexuales, es decir, aquellos cuya información "indica" si el individuo es varón o mujer. Si el par 23 está formado por dos cromosomas x (xx) entonces se trata del sexo femenino, en cambio si el par 23 está formado por un cromosoma x y otro cromosoma y (xy), se trata del sexo 56

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

masculino. A los 22 pares de cromosomas se los denomina cromosomas somáticos o autosomas, para distinguirlos del par 23, que son los cromosomas sexuales. En el apartado 2.3. de esta unidad retomaremos este tema. El repaso de lo estudiado hasta ahora sobre la reproducción sexual dejará al descubierto una contradicción que, como veremos a continuación, es sólo aparente. Si la cigota se forma por la unión de dos núcleos, uno proveniente de una gameta masculina y otro de una femenina, ¿resultaría entonces que el núcleo de la cigota tendría 92 cromosomas (46 del padre y 46 de la madre)? De ningún modo, si esto fuera así, ese número aumentaría de generación en generación. Y nosotros sabemos que todos los organismos de la misma especie tienen células con la misma cantidad de cromosomas y que este número se mantiene constante a lo largo de las generaciones.

¿Cómo se explica esto? Las gametas son las únicas células que poseen la mitad del número de cromosomas característico de la especie. Por ejemplo, tanto los óvulos como los espermatozoides humanos poseen en su núcleo sólo 23 cromosomas. Al unirse estos núcleos, vuelven a sumar los 46 cromosomas típicos de la especie. Actividad n.º 36 Busque en la Bibliografía la definición de los términos "haploide" y "diploide".

a. ¿Qué significa cada término? b. ¿A cuál de ellos se le asigna el valor n, y a cuál el valor 2n? Justifique su respuesta. c. Según esta clasificación, ¿cómo calificaría a las células de la piel, de los músculos...?, ¿y a las gametas?

La siguiente pregunta sería, ¿cómo es posible que, si todas las células de un organismo se forman por sucesivas divisiones de la cigota (que es diploide y tiene 46 cromosomas), haya unas células — las gametas — que tienen la mitad de los cromosomas? La respuesta está en la manera en que estas se originan.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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La formación de las células sexuales En la mayor parte de los animales, las células sexuales o gametas se originan en unos órganos específicos, las gónadas: los óvulos, en los ovarios y los espermatozoides en los testículos. En los tejidos que forman estos órganos se encuentran las células germinales o células madre de las gametas, que originan las gametas. En el caso de los testículos, las células germinales se denominan espermatogonios que, al dividirse, dan lugar a los espermatozoides. En los ovarios, los oogonios u ovogonios se dividen y originan los óvulos. La clave está en que la división de oogonios y espermatogonios no es una división mitótica, que, como usted recordará, origina células con el mismo número de cromosomas. El tipo de división por el cual se originan las gametas se denomina meiosis. Este mecanismo consiste en dos divisiones sucesivas y se caracteriza porque da lugar a 4 células hijas, cada una de ellas, con la mitad de cromosomas que la célula progenitora (espermatogonio u oogonio).

Actividad n.º 37 Busque en la Bibliografía información sobre la meiosis para responder estas preguntas:

a. ¿En cuál de las dos divisiones meióticas se produce la reducción en el número de cromosomas? b. ¿Cuál de las dos divisiones meióticas es similar a la mitosis? c. Dados los siguientes eventos, diga si corresponden a la meiosis I o a la meiosis II:

• Separación de cromátides hermanas. • Apareamiento de cromosomas homólogos. • Separación de cromosomas homólogos. • Migración de las cromátides hacia los polos. d. Analice el proceso de gametogénesis (ovogénesis y espermatogénesis), e identifique en él las distintas etapas en la formación de los óvulos y espermatozoides.

• ¿Cómo se relacionan esas etapas con la meiosis? Actividad n.º 38 Con el apoyo de la Bibliografía, imagine y esquematice un espermatocito primario en cuyo núcleo se observen 6 cromosomas.

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a. ¿Se trata de una célula haploide o diploide? b. ¿Cuántos pares de cromosomas hay? c. ¿Cuántas cromátides hay en total? d. Haga un esquema de cómo se verían los cromosomas en metafase I y otro esquema que muestre los cromosomas en metafase II. Al finalizar la meiosis I: e. ¿Cuántas células se habrán formado? f. ¿Cuántos cromosomas tendrá cada célula? g. ¿Cuántas cromátides tendrá cada cromosoma? h. Cada célula formada, ¿será haploide o diploide? Al finalizar la meiosis II: i. ¿Cuántas células se habrán formado? j. ¿Cuántos cromosomas tendrá cada célula? k. ¿Cuántas cromátides tendrá cada cromosoma? l. Cada célula formada, ¿será haploide o diploide?

Acerca de la meiosis es fundamental que usted haya comprendido y pueda retener las siguientes cuestiones: • Al comenzar la meiosis, en la fase denominada profase I, ocurre un evento fundamental llamado entrecruzamiento o crossing-over: los cromosomas homólogos (uno del padre y uno de la madre) se aparean, y sus cromátides intercambian material genético, como lo muestran las tres etapas del esquema 1: Esquema 1 1

2

3

Fuente: Aljanati y otros; op. cit. Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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• Durante la metafase I, los cromosomas homólogos se ubican apareados en la placa ecuatorial de la célula, de manera que uno de los homólogos "mira" hacia un polo y el otro "mira" hacia el otro. Esto permite que cuando se separen, cada célula hija reciba igual cantidad de cromosomas del mismo tipo, como lo muestra el esquema 2, que aparece más adelante.

• La separación de los cromosomas homólogos en la anafase I no sigue una regla fija en relación con cuál es el miembro del par que migra hacia cada lado. Por ejemplo, en una célula cuyo 2n = 6, pueden migrar todos los cromosomas maternos hacia un polo y todos los paternos para el otro; pero también pueden migrar 2 maternos y uno paterno hacia un polo, y 2 paternos y 1 materno hacia el otro. En el esquema 2 se representan todas las alternativas posibles: Esquema 2

60

Núcleos del espermatocito primario durante la metafase I. En el esquema se muestran las distintas disposiciones disponibles de los cromosomas homólogos.

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Núcleos posibles de los espermatocitos secundarios, luego de la anafase I. Los espermatozoides que se originen tendrán la misma información genética, ya que se formarán por la separación de los cromátides hermanas.

• La reducción en el número de cromosomas ocurre en la primera división meiótica, cuando en la anafase I se separan los cromosomas homólogos, como quedó representado en el esquema 2. • Al concluir la meiosis II, el resultado final es la formación de 4 células con un número n (la mitad del número diploide) de cromosomas, pero con idéntica información que la célula madre.

Los cromosomas sexuales y la determinación del sexo Al llegar a este punto, es importante que usted no confunda las células sexuales con los cromosomas sexuales. • Las células sexuales o gametas (óvulos y espermatozoides) se forman en unos órganos llamados gónadas. • Las células sexuales se forman a partir de la división meiótica de los oogonios y espermatogonios. • Los oogonios y espermatogonios poseen un número diploide de cromosomas. En el caso de los seres humanos, ese número es 46 (22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales). • En los óvulos y espermatozoides el número de cromosomas es haploide. En el caso humano, cada óvulo y cada espermatozoide posee 22 autosomas y un cromosoma sexual (x ó y). • Al unirse un óvulo con un espermatozoide, durante la fecundación, se forma una cigota en la cual se restituye el número diploide; es decir, 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales. Esto significa que todas las células del organismo que se formen a partir de la cigota, poseerán el par de cromosomas sexuales.

La determinación del sexo en los seres humanos Para saber cómo se define el sexo durante la fecundación, analizaremos qué ocurre con los cromosomas sexuales en la meiosis. En el siguiente esquema mostramos sintéticamente el proceso por el cual se originan las gametas o gametogénesis, que usted ya ha estudiado. Para no complicar el dibujo sólo representaremos los cromosomas sexuales, pero no olvide que en los oogonios y los espermatogonios hay 23 pares de cromosomas que se separan para dar lugar a los gametos haploides. También, para simplificar, representamos sólo 2 de las 4 gametas que se forman en la gametogénesis.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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Como puede verse, los óvulos siempre llevan un cromosoma x; en cambio, los espermatozoides pueden llevar un cromosoma x o uno y. Veamos ahora, en un cuadro de doble entrada, cuáles son las posibles cigotas que podrían resultar al fecundarse estas gametas. Espermatozoides

x

y

x

xx

xy

Óvulos

Estos cuadros se construyen de la siguiente manera: los casilleros sombreados representan dos ejes. Los ejes muestran cada uno de los elementos que se van a cruzar. En uno de los ejes (en este caso el vertical), colocamos los cromosomas posibles de los óvulos. Como los óvulos no pueden tener más que un cromosoma x, sólo representamos uno de ellos. En el otro eje (en este caso, el horizontal), colocamos los cromosomas posibles de los espermatozoides. Como los espermatozoides pueden llevar un cromosoma x o uno y, los representamos en dos casilleros. En los casilleros centrales, colocamos los resultados de las cruzas. Así, si se encuentra un óvulo con un espermatozoide que lleva un cromosoma x, se formará un cigoto xx, es decir, de sexo femenino. En cambio, si se encuentra un óvulo con un espermatozoide que lleva un cromosoma y, se formará un cigoto xy; es decir, de sexo masculino.

En el siguiente esquema le presentamos una síntesis de los aspectos más importantes relacionados con la formación de nuevos individuos por medio de la reproducción sexual, y del crecimiento de dichos individuos por medio de la reproducción celular:

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EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

MEIOSIS

FECUNDACIÓN

SUCESIVAS MITOSIS

Al finalizar esta sección es muy probable que usted se esté formulando una pregunta inevitable: Si todas las células de un individuo se forman por división mitótica a partir de una única célula, la cigota, ¿cómo es que nuestras células son tan diferentes entre sí? Obviamente, si todas las células derivan por mitosis de la cigota, todas nuestras células deben tener la misma información. Sin embargo sabemos, por ejemplo, que las células nerviosas tienen una forma particular y cumplen funBiología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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ciones bien distintas de las de los glóbulos rojos, cuya forma y función en nada se parecen a las neuronas. La respuesta a esta pregunta es que, si bien todas las células de un organismo poseen la misma información genética, esta información no está igualmente disponible en todas las células. En cada tipo celular (neuronas, glóbulos rojos, células epiteliales, células musculares, etc.) sólo se expresa una parte de la información total y el resto está reprimida. Los mecanismos por los cuales ciertas zonas del ADN se reprimen o desreprimen a lo largo del desarrollo de un organismo son muy complejos y escapan al nivel de este curso. Por otra parte, este es un tema que aún se está estudiando en la comunidad científica y sobre el cual penden numerosos interrogantes.

2.3. Meiosis y herencia Al comenzar esta unidad nos preguntábamos sobre las similitudes entre los miembros de una misma familia y sobre la manera en que se transmite la información genética. En esta sección, estamos en condiciones de dar algunas respuestas a esas preguntas, teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos tanto en la Unidad 1 como en los puntos anteriores de esta unidad. Para ello usted debería recordar: • La relación entre ADN, cromatina, cromosoma. • La noción de gen relacionada con la síntesis de proteínas. • El proceso de formación de las gametas, la recombinación de la información y la reducción del número de cromosomas. • El proceso de fecundación, la fusión de los núcleos y la restitución del número haploide de cromosomas en la cigota. Si bien la información genética determina las características de los organismos, no todas las características de los individuos son una consecuencia directa de la información genética. Así, por ejemplo, la formación de tejido muscular y la posibilidad de que este tejido aumente y se fortalezca con el ejercicio, son ambas características que tienen su origen en la información genética. Pero el grado de fortaleza que alcancen los músculos, dependerá en gran medida de las condiciones y del medio en que cada individuo se desarrolle (calidad de la alimentación, ejercitación, etc.). Así, se distingue entre características hereditarias y adquiridas. Las características hereditarias son aquellas cuya información se encuentra en los genes y por lo tanto pueden transmitirse a la descendencia, mientras que las características adquiridas no se transmiten a la descendencia. 64

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

En relación con este tema, reproduciremos a continuación un párrafo de la Unidad 1.1., ubicado en el apartado "El núcleo y los ácidos nucleicos":

“En el ADN, no sólo está codificada la información relacionada con características estructurales; también, [está codificada la información relacionada] con el comportamiento de las diferentes especies. Por ejemplo, algunas arañas construyen telas con las cuales atrapan insectos, pero la forma de la tela es particular y diferente en cada especie, y la información sobre ‘cómo tejer la tela’ también está codificada en el ADN de las células de las arañas: nadie enseña a las arañas a tejer. A este tipo de comportamiento que está determinado genéticamente se lo denomina comportamiento innato, y se diferencia del comportamiento adquirido, que es aquel que ha sido aprendido.” Cuando se habla de la relación entre la conducta o comportamiento y la herencia, es necesario tener en cuenta la influencia del aprendizaje en la conducta. En aquellos animales cuyo sistema nervioso es tan simple que prácticamente no admite ningún tipo de aprendizaje (como la araña), casi la totalidad de la conducta está determinada genéticamente. Esto trae como consecuencia que estas especies no puedan modificar su conducta frente a situaciones nuevas o diferentes de las habituales. Pero cuando se trata de animales más complejos, que pueden aprender y entonces adecuar sus conductas a situaciones diferentes, se hace más difícil establecer los límites entre lo que es hereditario o innato y lo que es adquirido. Así, podemos reconocer en los animales domesticados ciertas conductas que son compartidas por todos los individuos de su misma especie (conductas innatas, determinadas genéticamente), y otras que son el resultado del aprendizaje, y que por lo tanto, dependen de las condiciones en que ese individuo se desarrolle, y que no son compartidas por el resto de la especie. En el caso de los seres humanos, salvo algunas conductas reflejas, es muy difícil definir qué aspectos del comportamiento son innatos. Hay que tener en cuenta que una característica distintiva de la especie humana es la capacidad de crear cultura, y los comportamientos humanos son fundamentalmente resultado de dicha cultura. En ese caso, como la cultura y los comportamientos culturales se transmiten de generación en generación por medio de la enseñanza y del aprendizaje, se habla de herencia cultural. Pero las maneras en que esta se transmite y las leyes que las explican no corresponden al campo de la biología, sino al de las ciencias sociales. Este ítem está dedicado al estudio de la herencia biológica y por lo tanto, en lo que sigue, sólo haremos referencia a las características que están determinadas genéticamente y que se transmiten a través de los genes de una generación a otra.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

65

LAS LEYES DE LA HERENCIA En los organismos que se reproducen asexualmente, la transmisión de las características de una generación a la otra no presenta grandes incógnitas. En la Actividad n.º 27 c. usted debió responder que los organismos resultantes de la fisión binaria son idénticos a sus progenitores. Del mismo modo habrá respondido a la Actividad n.º 33 b., en relación a los descendientes de organismos eucariontes con reproducción asexual. En ambos casos hay un único progenitor, y la información genética se copia por el proceso de duplicación del ADN y es heredada por los descendientes. Así, la información de los hijos es idéntica a la del progenitor. Pero cuando se trata de organismos cuya reproducción es sexual, los resultados ya no son tan sencillos de explicar y merecen un estudio más detallado.

Actividad n.º 39 Teniendo en cuenta lo estudiado en relación con la formación de gametas y la fecundación, responda las siguientes preguntas: a. Como resultado de la reproducción sexual se forma un nuevo organismo. ¿Cómo es ese organismo respecto de sus progenitores?, ¿idéntico, similar, totalmente distinto? b. ¿Cómo son entre sí los distintos descendientes de un mismo par de progenitores?, ¿idénticos, similares, totalmente distintos? c. Ahora busque información relativa a mellizos y gemelos. ¿Cómo son los mellizos entre sí? ¿Cómo son los gemelos entre sí?, ¿y respecto de sus padres? Justifique sus respuestas.

Las leyes de la herencia intentan explicar cuáles son los mecanismos por los cuales, a pesar de ser diferentes, los miembros de una familia presentan rasgos comunes, no sólo entre padres e hijos o entre hermanos, sino también entre abuelos y nietos, o entre tíos, sobrinos y primos. (Aunque esta terminología es aplicada a los humanos, también es válida para pensar las relaciones entre los miembros de cualquier grupo de organismos, ya sean vegetales o animales, emparentados entre sí).

Para resolver las siguientes actividades, busque en la Bibliografía el capítulo referido a las leyes de la herencia o a las leyes de Mendel.

66

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Actividad n.º 40 a. A continuación le presentamos, desordenadas, algunas características y sus variantes, correspondientes a las plantas estudiadas por Mendel: textura de la semilla - largo o corto - axial o terminal - color de las flores - color de la semilla - blanca o lila - longitud del tallo - lisa o rugosa - amarillo o verde - posición de las floresLe proponemos que usted las ordene en el siguiente cuadro:

Característica

Alelos

b. ¿Cuáles serían algunos alelos posibles para el color de ojos en la población humana? Mencione al menos cuatro. c. ¿Cuál es el número máximo de estos alelos que puede encontrarse en un mismo individuo? d. ¿Cómo se relaciona su respuesta a la pregunta c. con la existencia de cromosomas homólogos?

Actividad n.º 41 a. Busque en la Bibliografía información sobre los siguientes términos y escriba su definición: Fenotipo Genotipo Alelo dominante Alelo recesivo Individuo homocigota Individuo heterocigota b. Imagine tres plantas: Planta A, cuya flor es roja. Planta B, cuya flor es blanca. Planta C, cuya flor es roja.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

67

b.1. Sabiendo que el genotipo para el color de la flor de la planta C es Rr,

• ¿cuál es el alelo dominante?, ¿cuál es el alelo recesivo? b.2. Complete los siguientes cuadros: CUADRO 1: escriba en los casilleros los genotipos y fenotipos correspondientes al color de la flor. Genotipo

Fenotipo

Planta A Planta B Planta C

Rr

CUADRO 2: marque con una cruz en los casilleros que corresponda, teniendo en cuenta el color de la flor. Heterocigota

Homocigota recesivo Homocigota dominante

Planta A Planta B Planta C

b.3. ¿Cuál es el único caso en que es posible estar seguro del genotipo de un individuo, conociendo sólo el fenotipo? Justifique su respuesta.

Actividad n.º 42 Observe el siguiente esquema que representa un cruzamiento entre arvejillas: PLANTA 1

PLANTA 2

a. Ubique sobre las líneas punteadas los siguientes términos donde corresponda: gametasfilial 1 (F1)- parental (P)68

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

b. ¿Cuál es el alelo dominante y cuál es el alelo recesivo? c. ¿Cuántas gametas distintas podrá originar la F1?, ¿cómo sería cada una? d. Tomando los datos del esquema anterior, complete el siguiente cuadro: Planta 1

Planta 2

Descendencia

Fenotipo Genotipo e. Escriba en las líneas punteadas los genotipos que correspondan para el carácter "textura de la semilla": Homocigota recesivo: ..................................................... Heterocigota: .................................................................. Homocigota dominante: ................................................

Actividad n.º 43 La Primera Ley de Mendel puede resumirse en la siguiente frase:

“Todo individuo tiene un par de factores que determina una característica dada. Durante la formación de los gametos, esos factores se separan. Al producirse la fecundación, el nuevo individuo heredará uno de los factores de cada progenitor.” Aunque en la época de Mendel (siglo XlX) no se conocían los genes, ni los cromosomas ni la meiosis, es posible explicar la primera ley que él enunció con los conocimientos actuales. Revise lo que ya ha estudiado sobre genética y responda las siguientes preguntas: a. ¿A qué corresponde, según las teorías actuales, lo que Mendel denominó "factores"? b. ¿Cómo se explica actualmente que esos factores se encuentren de a pares en cada individuo? c. ¿En qué etapa de la formación de los gametos se separan los “factores” de Mendel? d. Tomando la característica referida a la textura de las semillas, esquematice el proceso de meiosis a partir de un espermatogonio de un individuo heterocigota.

Al finalizar este punto, es importante que usted recuerde lo siguiente: • Para cada característica de un individuo existe un par de alelos. Por lo tanto, cada individuo posee en sus células un enorme número de alelos.

• Cuando se dice que un individuo es homocigota o heterocigota, siempre se está haciendo referencia a un determinado carácter. Así, una planta puede ser homocigota dominante para el color de la flor, pero puede ser a la vez homocigota receBiología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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siva para la textura de la semilla, y también heterocigota para el color de la misma semilla.

• Cuando Mendel realizó sus primeros experimentos, eligió sólo algunas características para centrar su atención, y analizó cada una sin tomar en cuenta qué sucedía con las otras. De esos experimentos deriva la Primera Ley de Mendel.

Pero Mendel también estudió qué sucedía con dos características a la vez. Por ejemplo, cómo era la herencia de la textura de las semillas al analizarla junto con la herencia del color de las mismas. En otras palabras: ¿hay alguna relación entre la herencia de la textura y la del color? Si las semillas resultantes de una cruza son rugosas y amarillas, ¿siempre que las semillas sean rugosas serán amarillas, o también podrá haber rugosas y verdes? El resultado de estas observaciones fue la Segunda Ley de Mendel. Actividad n.º 44 Lea en la Bibliografía la Segunda Ley de Mendel y resuelva las siguientes situaciones:

a. En el esquema que aparece a continuación hemos completado algunos datos, pero faltan otros que deberá agregar usted.

• Ubique sobre las líneas punteadas los siguientes términos donde corresponda: filial (F), gametas filial (gametas F) y parental (P). REFERENCIAS:

L: Semillas lisas

Y: semillas amarillas

l: Semillas rugosas

y: semillas verdes

b. Vuelva al esquema 2 de la sección 2.2. de esta unidad, y explique cuál es la relación entre lo que en él se ejemplifica y la Segunda Ley de Mendel. 70

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LAS VENTAJAS DE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Si usted compara los resultados de las actividades n.º 27 c. , 33 b., 39 c., y 44 b., podrá comprobar que una de las consecuencias más notorias de la reproducción sexual es la variabilidad genética dentro de una población. Efectivamente, el proceso que ocurre durante la meiosis provee una fuente enorme de posibles variaciones sobre el genotipo de los progenitores. A la vez, la combinación de alelos maternos y paternos luego de la fecundación aporta mayores posibilidades aún de variaciones en los descendientes. Actividad n.º 45 Imagine dos especies vegetales. La especie 1 se reproduce asexualmente por medio de estolones. Aunque posee raíces poco profundas y hojas anchas (que evaporan rápidamente el agua que absorben), sobrevive muy bien en los ambientes húmedos que rodean a lagos y lagunas. La especie 2 posee flores, y se reproduce sexualmente. Dentro de esta especie se pueden encontrar distintas variedades que combinan raíces más o menos profundas, con hojas que pueden ser bastante anchas. En una de las variedades, las hojas son anchas pero cuando hay mucho sol se pliegan sobre sí mismas, evitando así la evaporación. a. ¿Cuál de las dos especies sobrevivirá mejor a largos períodos de sequía? b. Enumere las características de ambas especies que usted tuvo en cuenta para responder la pregunta a. c. ¿A qué atribuye las diferencias en cuanto a variedad entre ambas especies? Justifique su respuesta.

La variabilidad dentro de una especie es importante para su supervivencia porque le ofrece mayores posibilidades de adaptación frente a los cambios ambientales. Para comprender mejor este concepto puede revisar los temas relacionados con la Evolución y la Teoría de la Selección Natural de Darwin en la Unidad 2 del Bloque 2 de Biología .

La meiosis y la reproducción sexual no son la única fuente de variabilidad para las especies. Otra fuente importante la constituyen las mutaciones.

Actividad n.º 46 Repase el concepto de mutación, ya estudiado en la Unidad 1.

a. Escriba un texto explicando en qué consiste una mutación.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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b. Suponga que se produce una mutación en una célula somática de un organismo con reproducción sexual. ¿Piensa que este cambio tendrá alguna influencia en la descendencia de dicho organismo?, ¿por qué? c. ¿En qué caso una mutación influye en la variabilidad de una especie? Justifique su respuesta. d. En la Unidad 1, usted estudió distintas posibilidades en las que la información genética se expresa defectuosamente (porque falla la transcripción, porque falla la síntesis de un ARNt, o hay algún error en los ribosomas). Para cerrar esta unidad, explique por qué estas fallas no tienen influencia sobre la variabilidad de una especie.

Le presentamos ahora una autoevaluación correspondiente a la segunda unidad del Programa. Seguramente, luego de haber trabajado con la anterior, usted ha mejorado sus estrategias para encarar esta tarea. Esperamos que, en cada una de estas situaciones, además de realizar una revisión, le resulte una ejercitación para su examen.

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Actividades de autoevaluación

BIOLOGÍA

Actividad n.º 1 El siguiente esquema representa el ciclo celular de una célula somática. Caracterice a cada uno de los cuatro períodos en que se lo ha dividido: M, G1, S y G2.

Actividad n.º 2 A continuación esquematizamos dos momentos distintos del proceso de mitosis en una célula 2n = 4:

a. Escriba en la línea punteada que aparece debajo de cada esquema el nombre de la fase que corresponde. b. ¿En cuál de las fases los cromosomas están formados por una cromátide, y en cuál por dos? c. ¿En qué momento del ciclo celular se restituyen las dos cromátides?, ¿a través de qué proceso? d. Señale, en los esquemas que reproducimos a continuación, cuáles son cromosomas homólogos y cuáles son cromátides hermanas.

•

Señale aquí cromosomas homólogos.

•

Señale aquí cromátides hermanas.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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e. ¿Por qué razón, para hacer un cariotipo, generalmente se seleccionan células que estén en metafase?

Actividad n.º 3 a. Complete el siguiente cuadro que compara los distintos tipos de reproducción, teniendo en cuenta las características que se mencionan: Tipo de reproducción Características

Fisión binaria

Mitosis

Gemación

Reproducción sexual

Parte del organismo que participa (todo, una parte cualquiera, una parte especializada) Comparación entre progenitores y descendientes (iguales o parecidos) Permanencia del progenitor (el progenitor persiste o no persiste luego del proceso) Ejemplo de organismo en que se presenta

b. En los organismos que se reproducen asexualmente, ¿en qué caso podría ocurrir que los descendientes no fueran iguales a los progenitores? c. Lea el siguiente texto:

Algunas estrellas de mar pueden reproducirse desprendiendo una parte de uno de sus brazos, la cual regenera luego el individuo completo. • ¿Mediante qué mecanismo se regenera el organismo completo a partir de un trozo de brazo de la estrella?

• ¿En qué partes del texto se hace referencia a los siguientes procesos: reproducción asexual del organismo, reproducción celular, crecimiento del organismo?

74

EDUCACIÓN ADULTOS 2000 • Biología

Actividad n.º 4 En el siguiente esquema se representa el proceso completo a través del cual se forma un individuo por reproducción sexual.

a. Coloque en los recuadros del esquema los siguientes términos: fecundación- meiosis II- meiosis Ib. Coloque sobre las líneas punteadas los siguientes términos: ovocito secundario - óvulo - cigota - ovocito primario- espermatozoides - oogonia espermatocito secundario - espermatogonia- espermatocito primarioAl lado de cada uno, coloque según corresponda: (n) o (2n). c. Si el proceso descripto corresponde a un organismo con 2n = 4, esquematice cómo se verían los cromosomas en metafase I y en metafase II.

d. Diga si la siguiente frase es correcta o incorrecta. Justifique su respuesta:

La meiosis hace posible la conservación del número de cromosomas de la especie. Actividad n.º 5 a. ¿A qué se denomina autosoma? b. ¿Cómo se denominan los cromosomas sexuales en humanos? Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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c. Los siguientes esquemas representan 2 óvulos y 2 espermatozoides.

• Represente en cada gameta, las letras correspondientes a los cromosomas sexuales que podrían encontrarse.

Óvulos

Espermatozoides

d. Los siguientes círculos representan una cigota.

• Represente, dentro de cada uno, cómo sería la combinación de cromosomas sexuales si se tratara de una cigota femenina o masculina.

Femenina

Masculina

e. Diga si la siguiente frase es correcta o incorrecta. Justifique su respuesta.

Los cromosomas sexuales son los que se encuentran en las células sexuales. f. ¿Es posible que haya hermanos gemelos con sexos distintos? Justifique su respuesta. Actividad n.º 6 En el siguiente esquema se representan dos cruzas. Una de esas cruzas (P), ocurre entre un individuo homogocita dominante para dos caracteres (R: cabello rizado, r: cabello lacio, M: ojos marrones, m: ojos celestes) y un homocigota recesivo para los mismos caracteres. Uno de los descendientes de dicha cruza (F1), se cruza a su vez con un homocigota recesivo para los mismos caracteres. masculino

femenino

P

F1

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a. Complete dentro del esquema: 1. Los genotipos de las gametas de los padres (P). 2. El genotipo de la F1. 3. Los genotipos posibles de las gametas de la F1 y del individuo que se cruza con ella. b. ¿A quién se parecerán los individuos de la F1, a la madre o al padre? c. Complete el siguiente cuadro, colocando el genotipo de la gameta masculina en el eje horizontal, y los genotipos posibles de las gametas femeninas en el eje vertical. Si necesita ayuda, vuelva al ítem 6. a., consigna 3 de esta actividad. Luego, complete los casilleros centrales con los genotipos de las cigotas resultantes de las cruzas posibles. G. masculina G. femenina

d. De todos los fenotipos posibles:

• ¿Cuántos serán iguales a la abuela? • ¿Cuántos serán iguales al abuelo? • ¿Cuántos tendrán el cabello de la abuela pero los ojos del abuelo? • ¿Cuántos tendrán el cabello del abuelo pero los ojos de la abuela? e. ¿Cómo serían los fenotipos de la descendencia si la F1 se hubiera cruzado con un homocigota dominante? Actividad n.º 7 Lea el siguiente texto:

La fibrosis quística es una enfermedad hereditaria que afecta a los pulmones. La enfermedad consiste en la acumulación de una mucosidad espesa en los pulmones que provoca dificultades respiratorias. La causa es la alteración del gen que posee la información para la síntesis de una proteína de la membrana celular. En condiciones normales, esta proteína de las células pulmonares permite el equilibrio hídrico, de tal manera que la mucosidad es fluida. Al sintetizarse una proteína defectuosa, las células se deshidratan y la mucosidad se Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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hace más espesa. La enfermedad se expresa solamente en los individuos que son homocigotas recesivos para el alelo que codifica dicha proteína. a. ¿Cuántos alelos hay para la proteína de la membrana mencionada?, ¿cuáles son? b. ¿Cómo piensa que será el alelo defectuoso, dominante o recesivo?, ¿en qué se basa para responder? c. Llamaremos P al alelo dominante y p al recesivo. Intente dar alguna razón por la cual un individuo Pp no manifestará la enfermedad. (Para hacerlo, utilice sus conocimientos sobre genes y síntesis de proteínas). d. Tomando en cuenta las siguientes cruzas:

• Indique cuáles de ellas tienen alguna probabilidad de dejar descendencia que padezca fibrosis quística. Justifique su respuesta. Actividad n.º 8 En los últimos tiempos, la ciencia y la medicina están avanzando a pasos acelerados en la investigación de terapias génicas. Estas consisten en diversos métodos que permiten introducir genes dentro de las células afectadas por alguna mutación. Si se logran introducir los genes correctos en el ADN defectuoso, las células podrán sintetizar las proteínas correctas. Suponga que se logra una terapia génica para la enfermedad llamada fibrosis quística. a. ¿Cuáles serían las células en las cuales deberían insertarse los genes correctos? b. Si una persona que padece fibrosis quística ha sido tratada con terapia génica, ¿podría asegurar que sus hijos no heredarán los genes defectuosos? Justifique su respuesta. Actividad n.º 9 El daltonismo es una enfermedad hereditaria. Se debe a la deficiencia del gen que lleva información para la síntesis de los pigmentos visuales. Estos pigmentos son proteínas que reaccionan ante la luz y permiten que veamos en colores. Una mutación en dicho gen provoca la síntesis de una proteína, que al ser defectuosa, no permite distinguir los colores. El gen mutado es recesivo respecto del gen normal. Los genes para los pigmentos visuales están en el cromosoma x.

• Intente una explicación para el hecho de que la mayor parte de los daltónicos son varones, y que hay muy pocas mujeres que sufren de daltonismo.

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Actividad n.º 10 a. ¿Cuál es la importancia biológica de la variabilidad dentro de una especie? b. Las mutaciones no siempre inciden en la variabilidad de una especie. ¿En qué tipo de células debe ocurrir para que se produzca ese efecto? c. ¿Qué mecanismos biológicos conoce que generan variabilidad dentro de una especie? Explique cómo actúa cada uno.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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Respuestas a las actividades de autoevaluación

BIOLOGÍA Actividad n.º 1

En el ciclo celular se pueden identificar cuatro períodos diferenciados. Uno de ellos corresponde a la mitosis (M), y se caracteriza porque durante ese período se producen los principales sucesos de la división celular. Los otros tres períodos corresponden, en conjunto, a lo que se llama interfase. Dentro de esta fase se distingue el período G1, inmediatamente posterior a la división celular, durante el cual ocurre una gran actividad metabólica, ya que la célula está creciendo y por lo tanto sintetizando sustancias que pasarán a formar parte de las distintas estructuras celulares. También la célula respira activamente porque requiere grandes cantidades de energía. Durante el período S, también llamado período sintético, se duplica el material genético; es decir, se sintetiza una segunda molécula de ADN idéntica a la original, de manera que a partir de esta etapa habrá dos moléculas de ADN. Finalmente, el período G2 precede a la mitosis y se caracteriza porque durante el mismo se prepara la maquinaria para la división celular (por ejemplo, comienza a formarse el huso mitótico). Actividad n.º 2 a.

b. En la anafase los cromosomas están formados por una cromátide. En la metafase, están formados por dos cromátides. c. Las dos cromátides se restituyen durante el período S del ciclo celular, en el cual se lleva a cabo la duplicación del ADN. d.

80

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e. El cariotipo es la representación del conjunto de los cromosomas de una especie, y muestra tanto el número como el tamaño y la forma de cada uno de ellos. Durante la metafase, los cromosomas están bien enrollados y por lo tanto se ven nítidamente. Como aún no se han separado las cromátides, es posible visualizar claramente su forma y tamaño. Además, están alineados en el ecuador, lo cual facilita el recuento y la visualización de los pares homólogos. Actividad n.º 3 a. Tipo de

Fisión binaria

Mitosis

Gemación

Reproducción sexual

Todo

Una parte cualquiera

Una parte especializada

reproducción Características

Parte del organismo que participa (todo, una parte cualquiera, una parte especializada)

Todo

Comparación entre progenitores y descendientes (iguales o parecidos)

Iguales

Iguales

Iguales

Parecidos

Permanencia del progenitor (el progenitor persiste

No persiste

No persiste

Persiste

Persiste

o no persiste luego del proceso) Ejemplo de organismo en que se presenta

Bacterias

Amebas, Medusas, esparamecios trellas de mar

Insectos, aves mamíferos

b. En los organismos que se reproducen asexualmente, las diferencias entre progenitores y descendientes sólo pueden ocurrir cuando se produce una mutación. En el caso de los organismos multicelulares como las estrellas de mar, dichas diferencias ocurrirían sólo si la mutación se produjera en las células (parte del organismo paterno) que originan el nuevo individuo. Las mutaciones son la única fuente de variabilidad en los organismos de reproducción asexual. c.

• La regeneración de un individuo a partir de una porción del progenitor se produce por medio de la división mitótica de las células de la porción desprendida.

• La reproducción asexual es mencionada en el texto cuando dice que puede regenerarse un individuo completo al desprenderse una parte del progenitor. Cuando se refiere a Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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que se regenera el individuo completo, por un lado habla de crecimiento del organismo, pero, a su vez, ese crecimiento se debe a la reproducción celular. Actividad n.º 4 a. y b.

c.

d. La frase es correcta pues si no existiera la meiosis, las células sexuales tendrían el mismo número de cromosomas que el resto de las células. Esto traería como consecuencia que al unirse las gametas en la fecundación, el cigoto tendría el doble de cromosomas que su progenitor. Si esto sucediese en cada generación, el número de cromosomas de cada individuo sería enorme, y no se mantendría la constancia del número en la especie. 82

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Actividad n.º 5 a. Se denomina autosoma a cualquier cromosoma que no es un cromosoma sexual. El sexo está determinado únicamente por dos cromosomas (que no son autosomas), denominados cromosomas sexuales. b. En los seres humanos, los cromosomas sexuales se denominan cromosoma x y cromosoma y. c.

x

x

x

y

Óvulos

Espermatozoides

xx

xy

Femenina

Masculina

d.

e. La frase es incorrecta ya que los cromosomas sexuales se encuentran en todas las células. No podría ser de otro modo porque las células sexuales derivan de las células madre de las gametas, que en última instancia (después de miles de divisiones celulares) provienen a su vez de una única célula que es la cigota, la cual posee toda la información genética aportada por los padres. Entre toda esa información está la de los cromosomas sexuales. f. No es posible que haya hermanos gemelos con sexos distintos. Los hermanos gemelos derivan de una única cigota (es decir de la fusión de un único espermatozoide con un único óvulo). En algún momento del desarrollo del embrión — por lo general, tempranamente—, este se divide en dos, y cada parte da lugar a un individuo completo. Pero la información genética de los hermanos gemelos es idéntica. Actividad n.º 6 a.

Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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b. Los individuos de la F1 se parecerán al padre, ya que son heterocigotas, y por lo tanto el fenotipo es el que corresponde al genotipo dominante. c. G. masculina G. femenina

rm rmrmrrm

RM

RrMm

Rm

Rrmm

rM

rrMm

rm

rrmm

d. De todos los fenotipos posibles, habrá uno igual al de la abuela, uno igual al del abuelo, uno tendrá el cabello de la abuela pero los ojos del abuelo y uno tendrá el cabello del abuelo pero los ojos de la abuela. Es decir que en una cruza como esta, es posible esperar todas las combinaciones posibles de fenotipos. e. Si la F1 se hubiera cruzado con un homocigota dominante, los únicos fenotipos esperables serían los que son iguales a los del abuelo; es decir, los que coinciden con el genotipo dominante. En síntesis, nunca podría encontrarse un descendiente de ojos celestes y/o cabello lacio. Actividad n.º 7 a. Hay dos alelos, uno de ellos es el que lleva la información para la proteína normal y el otro para la defectuosa. b. El alelo defectuoso es recesivo, ya que según el texto, sólo se expresa en los individuos que son homocigota recesivos para ese carácter. c. Si el individuo es Pp, significa que en uno de sus cromosomas homólogos posee información para la síntesis de la proteína normal. Aunque en el otro cromosoma homólogo el gen sea defectuoso, la proteína se sintetiza igual, y por lo tanto la regulación hídrica de las células pulmonares será adecuada y el individuo no padecerá la enfermedad. d. La cruza 2 y la cruza 4 son las que tienen alguna probabilidad de dejar descendencia que padezca la enfermedad, ya que algunos de los descendientes podrán ser homocigotas recesivos para esa característica. En cambio, en la cruza 1, todos los descendientes serán heterocigotas; y en la 3, habrá algunos homocigotas dominantes y otros heterocigotas, pero ningún homocigota recesivo.

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Actividad n.º 8 a. La información para la síntesis de la proteína en cuestión está en todas las células del organismo, pero sólo tiene importancia en las células del pulmón (ya que es allí donde su ausencia provoca la enfermedad). Por lo tanto, los genes deberían insertarse en las células del pulmón. b. Los genes defectuosos están en todas las células del organismo, inclusive las células sexuales. Por lo tanto, si la terapia sólo se realiza en las células pulmonares, la descendencia heredará los genes defectuosos presentes en los cromosomas de las células sexuales. Actividad n.º 9 Para responder esta pregunta, conviene recordar que en las células de todas las mujeres los cromosomas sexuales son xx, mientras que en los varones son xy. Dado que los genes que llevan la información para las proteínas visuales se encuentran en el cromosoma x, en los varones hay un único cromosoma que produce dicha proteína. Por lo tanto, cuando el gen sufre una mutación no se sintetiza la proteína adecuada, ya que el cromosoma y no posee la información para su síntesis. En cambio, en las mujeres, si se produce una mutación en uno de los cromosomas x , el otro — si es normal — puede sintetizar la proteína correcta y la persona no es daltónica. El caso de daltonismo en mujeres se da con muy baja frecuencia: sólo cuando ambos cromosomas x (el materno y el paterno) portan el gen defectuoso recesivo. Actividad n.º 10 a. La variabilidad es importante para las especies porque ofrece mayores oportunidades para adaptarse a distintos ambientes o a los cambios ambientales. Si dentro de una especie existen muchas variedades para las distintas características, es posible que —frente a un cambio ambiental importante— algunas variedades (aquellas cuyas características no son favorecidas por los cambios) mueran; pero otras podrán subsistir y dejar descendencia, permitiendo así la perpetuación de la especie. b. Para que una mutación tenga incidencia en la variabilidad de una especie, debe poder ser transmitida a las generaciones futuras, es decir que debe producirse en un cromosoma de las gametas. Una mutación que se produzca en cualquier célula del cuerpo, por ejemplo en una célula de la piel, sólo afectará al conjunto de células de ese tejido que deriven de la que sufrió la mutación. c. Los mecanismos que generan variabilidad son los siguientes: 1. Mutaciones: cuando una mutación es transmitida de una generación a otra dentro de una población, habrá individuos que posean la característica original y otros que posean la característica mutante. De hecho, es así como se han ido generando los distintos alelos en las poblaciones. Por ejemplo, no todas las personas tienen hoyuelos en sus mejillas. Esta característica se transmite hereditariamente. Probablemente los Biología • Bloque 4 • UNIDAD 2

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hoyuelos hayan aparecido hace miles de años como una mutación que luego se extendió en la población humana. Las mutaciones son una fuente de variabilidad fundamental dentro de los organismos que se reproducen asexualmente. 2. Reproducción sexual: genera variabilidad porque combina los genes de ambos progenitores. Además, las gametas que resultan de la meiosis son diferentes unas de otras (por el principio de segregación independiente enunciado en la Segunda Ley de Mendel); de manera que, en cada fecundación, cada combinación de genes es única y diferente de cualquier otra. 3. Crossing-over: el mecanismo de entrecruzamiento o crossing-over que se da en la profase de la meiosis I es una fuente adicional de variabilidad, ya que este entrecruzamiento sólo ocurre entre un par de cromátides de los cromosomas homólogos. De esta manera, cuando se formen los espermatocitos u ovocitos secundarios, algunos llevarán las cromátides originales; y otros, las entrecruzadas.

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