Temas selectos de la Biología I by Naty Ayala

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA Director General Mtro. Julio Alfonso Martínez Romero Director Académico Dr. Manuel Valenzuela Valenzuela Director de Administración y Finanzas C.P. Jesús Urbano Limón Tapia Director de Planeación Ing. Raúl Leonel Durazo Amaya

Temas Selectos de Biología 1 Módulo de Aprendizaje. Copyright ©, 2011 por Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora todos los derechos reservados. Segunda edición 2012. Impreso en México. DIRECCIÓN ACADÉMICA Departamento de Desarrollo Curricular Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur Hermosillo, Sonora. México. C.P. 83280

COMISIÓN ELABORADORA: Elaborador: Azucena López Ornelas Revisión Disciplinaria: Nydia Gabriela Estrella Corrección de Estilo: Lucía Ordoñez Bravo Supervisión Académica: Mtra. Luz María Grijalva Díaz Diseño: María Jesús Jiménez Duarte Edición: Francisco Peralta Varela Coordinación Técnica: Claudia Yolanda Lugo Peñúñuri Diana Irene Valenzuela López Coordinación General: Dr. Manuel Valenzuela Valenzuela

Esta publicación se terminó de imprimir durante el mes de junio de 2012. Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora Blvd. Agustín de Vildósola; Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México La edición consta de 2,160 ejemplares.

PRELIMINARES

DATOS DEL ALUMNO Nombre: _______________________________________________________________ Plantel: __________________________________________________________________ Grupo: _________________ Turno: _____________ Teléfono:___________________ E-mail: _________________________________________________________________ Domicilio: ______________________________________________________________ _______________________________________________________________________

Ubicación Curricular COMPONENTE:

FORMACIÓN PROPEDÉUTICA

HORAS SEMANALES:

GRUPO: QUÍMICO BIÓLOGO

CRÉDITOS:

PRELIMINARES

Índice Presentación ......................................................................................................................................................... 7 Mapa de asignatura .............................................................................................................................................. 8 BLOQUE 1: EVALÚAS LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA .............9 Secuencia Didáctica 1: 1 La biología actual en México y el mundo ....................................................................10 • La investigación en la biología ...................................................................................................................12 • Importancia de la biología en México y en el mundo actual .....................................................................16 • Algunos descubrimientos biológicos en el mundo actual .........................................................................17 Secuencia Didáctica 2: 2 La tecnología al servicio de la ciencia .........................................................................21 • El microscopio y sus aportaciones a la biología........................................................................................21 • La teoría celular ...........................................................................................................................................23 • Mattias Schleiden, Theodor Schwann y Rudolf Virchow: Creadores de la teoría celular .........................24 • Biología computacional y bioinformática ...................................................................................................27 BLOQUE 2: ANALIZA LOS PROCESOS CELULARES ......................................................................... 33 Secuencia Didáctica 1: 1 Procesos de transporte a través de la membrana celular ..........................................34 • Membrana celular: Modelo del mosaico fluido ..........................................................................................35 • Procesos de transporte: Transporte pasivo ...............................................................................................37 • Transporte activo ....................................................................................................................................... 41 • Otros mecanismos de transporte: Endocitosis, exocitosis y transcitosis .................................................41 Secuencia Didáctica 2: 2 Procesos de diferenciación celular ..............................................................................48 • Diferenciación celular .................................................................................................................................50 • Capas germinales en animales ..................................................................................................................52 • Movimiento morfo genético ........................................................................................................................55 • Fases del desarrollo embrionario ...............................................................................................................56 • Las células madre en la sociedad actual ...................................................................................................61 • Las células madre en la sociedad actual ...................................................................................................61 • Aplicaciones de la célula madre de tipo sanguíneo ..................................................................................63 • Medicina regenerativa ...............................................................................................................................63 BLOQUE 3: ARGUMENTA LAS APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR............................. 69 Secuencia Didáctica 1: 1 Inmunología ..................................................................................................................70 • Antecedentes de la inmunología ................................................................................................................71 • Nacimiento de la inmunología ....................................................................................................................71 • Pioneros de la inmunología ........................................................................................................................73 • Sistema inmunitario ....................................................................................................................................75 • Tipos de inmunidad: Inmunidad innata e inmunidad adquirida ................................................................75 • Inmunidad innata o natural .........................................................................................................................76 • Inmunidad adquirida ...................................................................................................................................77 • Células del sistema inmune ........................................................................................................................79 • Sistema inmune y enfermedad ...................................................................................................................80 Secuencia Didáctica Didáctica 2: 2 La inmunología y su relación con la biología molecular .............................................84 • La biología molecular en la inmunología....................................................................................................86 • Aplicaciones de la biología molecular en México y el mundo ...................................................................86 • ¿Qué son las vacunas? ..............................................................................................................................87 • Trasplantes..................................................................................................................................................88 • Autoinmunidad ............................................................................................................................................90 • Proteinograma electroforético ....................................................................................................................90

PRELIMINARES

Índice (continuación) BLOQUE 4: COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA ........................................................................................................................... 95 Secuencia Didáctica 1: 1 La ingeniería genética ................................................................................................. 96 • Ingeniería genética ..................................................................................................................................... 97 • Herramientas usadas para la manipulación génica.................................................................................. 97 • Procedimientos para la obtención de un individuo transgénico .............................................................. 98 • Aplicaciones de la ingeniería genética en la medicina y la agricultura .................................................. 102 • Cultivos transgénicos en México ............................................................................................................. 104 • Principales cultivos biotecnológicos a nivel mundial .............................................................................. 105 • Impacto social, económico y ambiental de la ingeniería genética ......................................................... 108 • La polémica de los cultivos transgénicos ............................................................................................... 107 Secuencia Didáctica 2: 2 Terapia génica ........................................................................................................... 109 • Terapia génica ......................................................................................................................................... 110 • Usos de la terapia génica ........................................................................................................................ 110 • Terapia en células somáticas .................................................................................................................. 111 • Terapia en células germinales ................................................................................................................. 112 • Controversias sobre la terapia génica ..................................................................................................... 112

Bibliografía........................................................................................................................................................ 115

PRELIMINARES

Presentación “Una competencia es la integración de habilidades, conocimientos y actitudes en un contexto específico”. El enfoque en competencias considera que los conocimientos por sí mismos no son lo más importante, sino el uso que se hace de ellos en situaciones específicas de la vida personal, social y profesional. De este modo, las competencias requieren una base sólida de conocimientos y ciertas habilidades, los cuales se integran para un mismo propósito en un determinado contexto. El presente Módulo de Aprendizaje de la asignatura Temas selectos de Biología 1, es una herramienta de suma importancia, que propiciará tu desarrollo como persona visionaria, competente e innovadora, características que se establecen en los objetivos de la Reforma Integral de Educación Media Superior que actualmente se está implementando a nivel nacional. El Módulo de aprendizaje es uno de los apoyos didácticos que el Colegio de Bachilleres te ofrece con la intención de estar acorde a los nuevos tiempos, a las nuevas políticas educativas, además de lo que demandan los escenarios local, nacional e internacional; el módulo se encuentra organizado a través de bloques de aprendizaje y secuencias didácticas. Una secuencia didáctica es un conjunto de actividades, organizadas en tres momentos: Inicio, desarrollo y cierre. En el inicio desarrollarás actividades que te permitirán identificar y recuperar las experiencias, los saberes, las preconcepciones y los conocimientos que ya has adquirido a través de tu formación, mismos que te ayudarán a abordar con facilidad el tema que se presenta en el desarrollo, donde realizarás actividades que introducen nuevos conocimientos dándote la oportunidad de contextualizarlos en situaciones de la vida cotidiana, con la finalidad de que tu aprendizaje sea significativo. Posteriormente se encuentra el momento de cierre de la secuencia didáctica, donde integrarás todos los saberes que realizaste en las actividades de inicio y desarrollo. En todas las actividades de los tres momentos se consideran los saberes conceptuales, procedimentales y actitudinales. De acuerdo a las características y del propósito de las actividades, éstas se desarrollan de forma individual, binas o equipos. Para el desarrollo del trabajo deberás utilizar diversos recursos, desde material bibliográfico, videos, investigación de campo, etc. La retroalimentación de tus conocimientos es de suma importancia, de ahí que se te invita a participar de forma activa, de esta forma aclararás dudas o bien fortalecerás lo aprendido; además en este momento, el docente podrá tener una visión general del logro de los aprendizajes del grupo. Recuerda que la evaluación en el enfoque en competencias es un proceso continuo, que permite recabar evidencias a través de tu trabajo, donde se tomarán en cuenta los tres saberes: el conceptual, procedimental y actitudinal con el propósito de que apoyado por tu maestro mejores el aprendizaje. Es necesario que realices la autoevaluación, este ejercicio permite que valores tu actuación y reconozcas tus posibilidades, limitaciones y cambios necesarios para mejorar tu aprendizaje. Así también, es recomendable la coevaluación, proceso donde de manera conjunta valoran su actuación, con la finalidad de fomentar la participación, reflexión y crítica ante situaciones de sus aprendizajes, promoviendo las actitudes de responsabilidad e integración del grupo. Nuestra sociedad necesita individuos a nivel medio superior con conocimientos, habilidades, actitudes y valores, que les permitan integrarse y desarrollarse de manera satisfactoria en el mundo social, profesional y laboral. Para que contribuyas en ello, es indispensable que asumas una nueva visión y actitud en cuanto a tu rol, es decir, de ser receptor de contenidos, ahora construirás tu propio conocimiento a través de la problematización y contextualización de los mismos, situación que te permitirá: Aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a ser y aprender a vivir juntos.

PRELIMINARES

Secuencia didáctica 1. La biología actual en México y en el mundo. Bloque 1. Evalúa los avances y desarrollo de la biología como ciencia. Secuencia didáctica 2. La tecnología al servicio de la ciencia.

Secuencia didáctica 1. Procesos de transporte a través de la membrana celular. Bloque 2. Analiza los procesos celulares.

Secuencia didáctica 2. Procesos de diferenciación celular.

Temas selectos de biología 1

Secuencia didáctica 1. Inmunología. Bloque 3. Argumenta las aplicaciones de la biología molecular. Secuencia didáctica 2. La inmunología y su relación con la biología molecular.

Bloque 4. Comprende los principios básicos de la ingeniería genética y la terapia génica.

Secuencia didáctica 1. La ingeniería genética.

Secuencia didáctica 2. Terapia génica.

PRELIMINARES

Evalúa los avances y desarrollo de la biología como ciencia.

Competencias disciplinares extendidas: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. Evalúa las implicaciones del uso de la ciencia, así como el origen, continuidad y transformación de la naturaleza para establecer acciones a fin de preservarla en todas sus manifestaciones. Aplica los avances científicos y tecnológicos en el mejoramiento de las condiciones de su entorno social. Aplica la metodología apropiada en la realización de proyectos interdisciplinarios atendiendo problemas relacionados con las ciencias experimentales. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo.

Unidad de competencia: •

Reconoce a la investigación en biología a partir de la consulta sobre los avances que se han logrado en este campo, recuperando la importancia del uso de la tecnología, distinguiendo el papel del microscopio y las computadoras como medios de apoyo para desarrollar planes de investigación que le aporten referentes para aplicar los pasos del método científico, y mostrando una actitud participativa y de colaboración.

Atributos a desarrollar en el bloque: 1. 2. 3.

Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. 4. Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. 5. Evalúa argumentos y opiniones e identifica prejuicios y falacias. 6. Reconoce los propios prejuicios, modifica los puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 7. Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. 8. Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana. 9. Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 10. Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

Tiempo asignado: 10 horas

Secuencia didáctica 1. La biología actual en México y el mundo. Inicio Actividad: 1 El objetivo de esta evaluación o repaso, es que reconozcas cuáles son tus creencias acerca de la investigación en Biología y de cómo se han obtenido los conocimientos científicos. Lee con mucho cuidado ya que reconocer tus ideas te ayudará a contrastarlas con los nuevos conceptos a estudiar en el bloque que estás iniciando. I.

Subraya la respuesta que se aproxime más a lo que piensas.

Los primeros conocimientos sobre los seres vivos se relacionaron con los:

Animales y plantas de las que se obtenían beneficios o podían representar riesgos.

Animales y plantas que representaban algún interés científico.

Animales y plantas de sitios remotos.

La Biología es la ciencia que estudia: a.

Los ecosistemas.

La relación del hombre con el ambiente.

Todas las formas de vida.

El reconocimiento de que los seres vivos están formados por células, se logró gracias a: a.

El estudio y la investigación de plantas y animales.

La invención del microscopio.

La preparación de animales y plantas disecados.

La ciencia y la tecnología siempre han estado de la mano, pues: a.

Ante un nuevo descubrimiento generalmente se presenta un avance tecnológico y viceversa: los avances tecnológicos promueven nuevos descubrimientos científicos.

La tecnología siempre aplica los conocimientos de la ciencia para que las naciones poderosas dominen a las naciones pobres.

No pienso que haya relación entre la biología y la tecnología, la ciencia es el conocimiento de la naturaleza, en cambio la tecnología, es la fabricación de herramientas y aparatos.

EVALÚA LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Actividad: 2 5.

Entre algunos avances tecnológicos promovidos por los descubrimientos biológicos, podemos señalar: a.

La creación de la bomba atómica

La creación de insulina humana para el tratamiento de la diabetes.

La invención del microscopio.

En la historia de la humanidad algunos de los episodios que promovieron el desarrollo de nuevos descubrimientos en biología, fueron: a.

La invención del microscopio y la aparición de epidemias.

Las guerras y la creación del automóvil

La extinción de los dinosaurios y los cambios climáticos.

Los conocimientos científicos son útiles para: a.

Todas las personas, pues mejoran su capacidad para tomar decisiones.

Los científicos nada más, pues ellos desarrollan investigaciones.

Los científicos y personas inteligentes que pueden aplicarlos.

Los conocimientos científicos son valiosos porque: a.

Son incuestionables, pues ya fueron probados.

Sirven de base para adquirir nuevos conocimientos sobre el mundo.

Son los únicos que sirven, ya que no hay otra manera de obtener conocimientos.

Actividad: 1 Conceptual Enuncia conceptos, de acuerdo a conocimientos previos.

Autoevaluación

BLOQUE 1

Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Asocia diferentes conceptos entre sí. C

Deduce la importancia del lenguaje involucrado en el tema de ingeniería genética.

Calificación otorgada por el docente

Desarrollo Todos los campos de la Biología implican una gran importancia para el bienestar de la especie humana y de las otras especies vivientes. El conocimiento de la variedad de la vida, su explotación y conservación es de gran importancia en nuestro diario vivir. ¿Te has enfermado? Bien, todos hemos enfermado alguna vez, y para que el médico pudiera obtener un diagnóstico correcto de nuestra enfermedad, él tuvo que conocer las funciones orgánicas normales, o sea, las funciones que consideramos dentro de los parámetros homeostáticos. Este estado normal y el estado anormal son analizados, precisamente, por la Biología. El estudio del origen de las enfermedades es también responsabilidad de la Biología, por ejemplo la etiología del cáncer, las infecciones, los problemas funcionales, etc.

La investigación en la biología. La investigación en Biología es un proceso que está orientado a la producción de conocimientos sobre lo vivo, interpretando lo vivo, como una forma altamente especializada del movimiento de la materia, regida por sus propias leyes. El conocimiento de esas leyes es precisamente el objeto principal de estudio de la Biología. La investigación en Biología ha pasado de las simples teorías de aproximación a la comprobación directa; de la descripción pasiva a la formulación de experimentos, hipótesis y teorías. Su campo de acción es tan amplio que ha tenido que diversificarse en disciplinas específicas que abordan su objeto general de estudio por alguno de sus aspectos. Esta situación exige llamar la atención sobre cómo el desarrollo de la biología puede llevar a los especialistas al peligro de la formación de conceptos muy parciales sobre lo vivo si no se teorizan y generalizan los conocimientos que son producto de los procesos parciales de la investigación biológica. Este intento de generalizaciones es lo que hoy se denomina Biología Teórica. La Biología actual no es entonces sólo una ciencia experimental. La Biología, como la Química y la Física, experimenta para producir nuevos conocimientos sobre la materia viva y teoriza sobre ello. Su mismo desarrollo le exige utilizar los métodos de las ciencias empíricas como de las no empíricas. Es así que se utiliza en la investigación biológica tanto la observación, la medición y la experimentación -como métodos empíricoscomo la hipótesis, la ley y la teoría, entre otros, como métodos teóricos. El método para la Biología y para las demás ciencias naturales, se vincula directamente con la lógica del proceso de descubrimiento científico y a él le corresponde no solamente orientar la selección de los instrumentos, técnicas y procedimientos específicos de cada investigación, sino también y fundamentalmente, fijar los criterios de comprobación o demostración de cada caso.

EVALÚA LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Fig.1. Planteamientos del método científico.

No existe ni para la Biología ni para ninguna otra ciencia particular, un método como pauta general que guíe todas las investigaciones científicas y que garantice de algún modo el carácter del conocimiento obtenido. No hay tal receta. La ciencia no es un proceso mecánico sino dialéctico. Si bien es cierto que la experimentación es la base fundamental de la investigación en Biología, también lo es que no todas sus especialidades permiten la experimentación, ya sea por limitantes metodológicas o éticas. Es el caso de la investigación clínica humana o de la genética humana, áreas en las cuales hay restricciones universales. El experimento controlado es una forma común de investigación en la Biología y las demás ciencias naturales. Es un tipo de experimento en que se trabaja con dos grupos similares: el grupo control y el grupo de prueba o experimental. Los dos grupos sólo se distinguen por el factor variación, que es la variable o dimensión que se quiere investigar. Aunque es posible homogeneizar en la práctica y en alta proporción los dos grupos, siempre quedará alguna posible diferencia. Estas diferencias se pueden corregir mediante herramientas matemáticas que permiten estimar los resultados. Fig. 2. La investigación biológica ha permitido la aparición de nuevas disciplinas.

BLOQUE 1

Actividad: 2 En equipo de cuatro integrantes lee el siguiente caso de estudio, para posteriormente responder los planteamientos que aparecen en la parte inferior.

¿Sabes cómo se produjo la primera vacuna? Edward Jenner descubrió la inmunidad natural, cuando observó que la viruela causaba la muerte de miles de personas, pero quienes ordeñaban las vacas no enfermaban de viruela.

Jenner era un médico rural y había observado que los ordeñadores contraían una enfermedad infecciosa parecida a la viruela cuando tenían contacto con la ubre de las vacas que habían enfermado de viruela de las vacas o viruela vacuna. Los ordeñadores desarrollaban unas pústulas en las manos. Para Jenner, estas pústulas eran la defensa ante la viruela humana.

Jenner llegó a la hipótesis que el producto de la pústula protegía a los ordeñadores de la enfermedad de la viruela.

Hipótesis: “Si inoculamos el producto de la pústula en una persona sana, estará protegida contra la viruela, entonces, cuando esta persona esté en contacto con un enfermo de viruela, no enfermará”.

Experimentación. Jenner inoculó a un niño de 8 años el producto de la pústula de las manos de una ordeñadora de vacas que había contraído la viruela vacuna. El niño produjo una reacción similar, produciendo pústulas vacunas.

Después de unas semanas, Jenner inoculó al mismo niño el producto de las pústulas de un enfermo de viruela humana. El niño no enfermó. Jenner envió sus resultados a la comunidad científica a través de la Real Sociedad de Londres, que rechazó su informe. Finalmente Jenner publicó “Investigación acerca de las causas y efectos de la vacuna antivariólica” dando el nombre de “vacuna” al producto de la pústula.

EVALÚA LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Actividad: 2 (continuación) a. ¿Qué pasos del método científico aplicó Jenner? ____________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ b. ¿Cuál fue la(s) consecuencia(s) o resultado(s) del descubrimiento de Edward Jenner? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Conclusión________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

Actividad: 2 Conceptual Diferencia los pasos del método científico. Autoevaluación

BLOQUE 1

Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Analiza la aplicación de los pasos del método científico. C

Valora a la ciencia como un sustento para mejorar la calidad de vida.

Calificación otorgada por el docente

Importancia de la biología en México y en el mundo actual. Para el avance general de la investigación científica en el mundo, referirse a lo que se ha conquistado en el transcurso de una década es apenas hacer un corte transversal de un espesor muy reducido. Y, sin embargo, haciendo un examen atento de lo que se ha hecho en diez años, se puede tratar de determinar cuáles son las tendencias que impulsan su desarrollo y en qué condiciones se ejercen. Debido a esto, se han mejorado en mucho las condiciones de la vida humana y ha aumentado la influencia que tiene la ciencia en todos los aspectos, incluyendo las decisiones de carácter político y alcanzando hasta las formas comunes del pensamiento. En cuanto a las realizaciones más notables que se hicieron es obligado citar los importantes trabajos químicos y biológicos sobre hormonas, enzimas, proteínas, alcaloides y moléculas de estructura muy compleja; las investigaciones acerca de los procesos neurofisiológicos y metabólicos, las conducentes al descubrimiento de nuevos antibióticos y vacunas, los injertos de diversos tejidos y la utilización transitoria de órganos artificiales. Dentro de este panorama mundial, nos interesa fijar detenidamente la atención en las investigaciones científicas hechas en México, durante estos diez años, para poder señalar con objetividad el alcance de nuestras aportaciones, el nivel de los trabajos ejecutados, las condiciones en que se efectúan y las posibilidades de intensificar y acrecentar la investigación científica en México. En las ciencias biológicas, los investigadores mexicanos se dedican particularmente al estudio taxonómico de las plantas y animales del país y a investigar otras características de las especies estudiadas. En el Instituto de Biología de la Universidad Nacional Autónoma de México trabajan especialistas en fanerogamia, criptogamia, fitopatología, cactología, bacteriología, micología ornitología, herpetología, ictiología y fisiología. En la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional se hacen investigaciones fisiológicas, farmacológicas, microbiológicas, botánicas, zoológicas, hidrobiológicas, bioquímicas, neurofisiológicas y de ingeniería bioquímica. En el Instituto de Investigaciones Agrícolas de la Secretaría de Fig. 3 Una de las actividades más importantes del Agricultura y Ganadería se efectúan algunos estudios de genética Departamento de ciencias es la investigación en diversos campos de las ciencias biológicas. aplicada, especialmente acerca de los híbridos y de su relativamente rápida degeneración. En el Laboratorio Entomológico dependiente del Departamento de Agricultura del gobierno de los Estados Unidos se hacen, al parecer, estudios sobre la mosca de la fruta y, particularmente, sobre la mosca prieta de los cítricos. Sin duda, las investigaciones médicas que se hacen en México se encuentran al mismo nivel que las que se realizan en los países más adelantados. En particular, se han colocado en posición eminente las investigaciones que se hacen en el Hospital Infantil, en sus laboratorios de bacteriología intestinal, de cancerología, de virología, de inmunoquímica y de isótopos radioactivos. Estudios Médicos y Biológicos de la Universidad Nacional Autónoma de México se realizan investigaciones histológicas, de la fisiología del sistema nervioso central y de las formaciones musculares y de hematología experimental, especialmente en tejidos humanos y cultivos experimentales. De esta manera, los investigadores de la medicina están descubriendo continuamente nuevos hechos que, por pequeños que parezcan, como se encuentran por millares y millares y son acumulados esmeradamente, forman una riquísima materia prima, a partir de la cual se van estableciendo correlaciones de toda índole y, finalmente, se ponen al descubierto y se determinan las leyes generales.

EVALÚA LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Algunos descubrimientos biológicos en el mundo actual. •

La terapia génica: Muchas enfermedades son causadas por malformaciones genéticas, entonces ¿por qué no sustituir los genes defectuosos por otros funcionales y eliminar así el problema? Durante esta década se han hecho avances decisivos en este campo, y en un futuro próximo podríamos ver la desaparición de enfermedades genéticas como la hemofilia. Fig. 4. 4. Sustitución el gen defectuoso o reparación de la secuencia mutada.

•

El Genoma Humano: Después de años de investigación, en 2003 se completó definitivamente la secuenciación del genoma humano, es decir, los “planos” completos del ser humano. Se trata de un avance clave en el desarrollo de la mencionada terapia génica. El genoma humano constituye para los investigadores una importante herramienta para conocer la biología humana y las enfermedades. Luego lograron mapear otros genomas como el del virus del SIDA, el del ratón, el del piojo, y hasta el de la uva “pinot noir”.

Fig. 5. La comparación entre las secuencias de bacterias y otros organismos revelará pronto los grandes principios de la evolución sobre la Tierra.

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La creación de vida artificial: El equipo del genetista Craig Venter ha conseguido ensamblar ADN hasta crear una bacteria artificial, la Mycoplasma laboratorium. La creación de microorganismos “a la carta” podría revolucionar la biología en los próximos años.

Fig. Fig. 6. Mycoplasma laboratorium, bacteria mitad natural mitad sintética.

BLOQUE 1

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Descubrimiento de factores de herencia no genéticos: Antes se pensaba que el ADN era el único encargado de transmitir la vida y todas sus características, pero ahora se sabe que hay elementos externos que interfieren en la expresión de los genes. Existen otros sucesos a nivel biomolecular que no tienen que ver con la molécula del ADN en sí, pero que también codifican las características heredadas.

•

El homínido más antiguo: Se trata de la evidencia más antigua de la existencia de homínidos. Un equipo internacional de científicos presentó el que dicen es el fósil más antiguo y mejor conservado de un ancestro directo de la especie humana. El descubrimiento, dicen los investigadores, muestra como nunca antes la biología de esa primera etapa de la evolución humana. Ardi, como ha sido llamada, tiene 4,4 millones de años y fue descubierta en 1994 en la región de Afar, en Etiopía; tomó 17 años llevar a cabo los análisis del hallazgo.

•

Factores de herencia no genéticos: genéticos Se descubrió que además del ADN hay elementos externos, o epigenéticos, que interfieren en la expresión de los genes.

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Vitamina D reduce riesgo de diabetes tipo 1: La investigación desarrollada por expertos del St Mary's Hospital for Women and Children, Manchester, en Londres, señaló que, al parecer, mientras más alta y frecuente son las dosis de vitamina D, más bajos los riesgos de sufrir diabetes tipo 1.

•

Gen clave en metástasis de cáncer de mama: Investigadores de la Universidad de California, en Berkeley, observaron que el gen produce la proteína SATB1, la cual estaba presente en los procesos de metástasis.

Fig. 7. Se trata de una hembra de la especie Ardipithecus ramidus. ramidus.

Fig. 8. Alimentos que contienen vitamina D. D.

Cuando los científicos desactivaron el gen, pudieron detener el crecimiento de los tumores y en algunos casos, consiguieron la recesión del cáncer. Los científicos ya disponen de las secuencias de la especie humana, de la mosca Drosophila, del gusano Caenorhabditis, de la levadura y de muchas bacterias. La comparación entre ellas revelará pronto los grandes principios de la evolución sobre la Tierra.

EVALÚA LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Actividad: 3 De acuerdo al texto que acabas de leer, realiza una investigación acerca de cinco descubrimientos relacionados con la Biología, que más te hayan impactado a lo largo de tu vida y en la actualidad, coméntalo con el resto del grupo. a)

Actividad: 3 Conceptual Nombra las aportaciones o descubrimientos biológicos. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Reporte de investigación. Saberes Procedimental Interpreta la importancia a acontecimientos biológicos relevantes. C

Puntaje: Actitudinal Asume el impacto de los conocimientos en biología, de manera crítica y reflexiva.

Calificación otorgada por el docente

Cierre Actividad: 4 Uso del microscopio. De acuerdo a tus conocimientos previos en este tema, realiza lo que se te pide a continuación: El microscopio es un instrumento delicado. Se utiliza para aumentar la imagen de objetos pequeños. El microscopio que tiene el laboratorio es del tipo óptico, pues usa luz para aumentar la imagen de los objetos y está compuesto por varios lentes. 1. 2.

Señala dos tipos de microscopios según la forma en la que amplían la imagen. Los microscopios ópticos tienen lentes de aumento diversos. Identifica las lentes en el microscopio del laboratorio y anota el número que tienen: Lente ocular ________________________________________________________ Lentes objetivos_____________________________________________________

El aumento de un microscopio óptico es el producto del número de la lente ocular, multiplicado por el número de la lente del objetivo. Calcula el aumento de la lente de menor aumento: ______________________ Calcula el aumento de la lente de mayor aumento: ______________________

4. Escribe qué es el poder de resolución de un microscopio. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 5.

Dibuja un microscopio óptico compuesto marcando cada una de sus partes. Explica para qué se usa cada sistema y cada parte.

SISTEMA ÓPTICO (AUMENTA LA IMAGEN) 1. Lente ocular _____________________________________________________ 2. Lente de objetivos ________________________________________________ SISTEMA DE ILUMINACIÓN (ILUMINA LA IMAGEN) 3. Diafragma _______________________________________________________ 4. Espejo o lámpara_________________________________________________ SISTEMA MECÁNICO (PERMITE MANIPULAR EL OBJETO Y LOS LENTES) 5. Brazo ___________________________________________________________ 6. Pie _____________________________________________________________ 7. Tubo ___________________________________________________________ 8. Revólver ________________________________________________________ 9. Platina __________________________________________________________ 10. Tornillo macrométrico _____________________________________________ 11. Tornillo micrométrico ______________________________________________

Actividad: 4 Conceptual Describe las partes de un microscopio. Autoevaluación

Evaluación Producto: Manejo de microscopio. Saberes Procedimental Distingue la función de cada una de las partes del microscopio. C

Puntaje: Actitudinal Concluye la utilidad del microscopio.

Calificación otorgada por el docente

EVALÚA LOS AVANCES Y DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Secuencia didáctica 2. La tecnología al servicio de la ciencia. Inicio La fascinante historia del microscopio, desde las gotas de agua hasta los asombrosos instrumentos actuales, se presenta en esta secuencia resumida pero como un ejemplo de la constancia de la humanidad por buscar salidas a sus deseos de comprender. Este objeto técnico hizo posible que muchas especulaciones se derrumbaran ante los hechos o se confirmaran fácticamente. El microscopio permitió no sólo que el hombre se abriera a otras dimensiones, no sólo para ver, sino para creer. En las etapas más primitivas del pensamiento, las instituciones y los raciocinios de la autoridad fueron sacrosantos, y la persona que insistía en ver la prueba de acontecimientos era denostada. El microscopio ha sido fundamental para abolir las supersticiones: ha revelado las causas de fenómenos que se consideraban inalcanzables para el conocimiento humano y que fueron vistos como sobrenaturales. La utilidad del microscopio va más allá de cualquier ponderación. Las enfermedades de todo tipo se combaten a través de los descubrimientos microscópicos de la ciencia médica, la bacteriología y sus consecuencias hubieran sido imposibles sin el microscopio.

El microscopio y sus aportaciones a la Biología. La historia de la investigación microscópica puede ser motivo de orgullo y optimismo. Hasta ahora ha penetrado profundamente en la estructura nanoscópica de la materia contribuyendo en la solución de problemas teóricos y prácticos. Sin su ayuda faltaría un amplio espectro de los conocimientos de los procesos y estructura de la materia. La ciencia puede esperar también en el futuro grandes contribuciones en el vasto campo de la microscopia, ya que como en el pasado el ingenio humano abrirá incansablemente ámbitos desconocidos. En la actualidad el hombre ronda y atisba entre los átomos que Demócrito intuye 500 años antes de Cristo. Ya no es verdad que “el mundo atómico se puede imaginar, pero no ver”.

Este es un ejemplo de cómo la tecnología, impulsa a la ciencia.

Fig. Fig. 9. Descubrimientos de Leeuwenhoeck. Con este microscopio Leeuwenhoek descubrió los espermatozoos, numerosas bacterias, los eritrocitos de la sangre y otros organismos microscópicos.

A medida que la técnica avanzó y dio origen a inventos más complicados como el libro, el reloj, el telescopio, la brújula, el microscopio y el motor: podría pensarse que la ciencia, en aquellos momentos bastante avanzada, realizó aportes significativos a pesar de no desempeñar ningún papel en la primera técnica primitiva. Pero en realidad no fue así, la ciencia no colaboró con la técnica del siglo XVII, dando origen a la tecnología misma.

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El asunto, al menos en el microscopio es al contrario.

Fig. Fig. 12. Microscopio de barrido.

Fig. Fig. 11. Microscopio electrónico de transmisión.

Fig. 10. Microscopio óptico.

La técnica y la manera como fue perfeccionando un objeto técnico como el microscopio, dio herramientas a las ciencias, primero a las naturales, pero después a otras para ampliar su dominio, para reinterpretar al mundo y para ayudar a construir la visión que de sí y de su entorno tiene el hombre moderno.

. Fig. 13. 13. Al descubrirse las bacterias se conoció la causa de muchas enfermedades y se produjo la cura.

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La teoría celular. La teoría celular, es una parte fundamental de la Biología que explica la constitución de la materia viva a base de células y el papel que éstas tienen en la constitución de la vida.

Tabla 1. Antecedentes de la teoría celular Año

Científico

Aportación

1809

De Lamarck

Afirmó que ningún cuerpo puede tener vida si sus partes constitutivas no son tejido celular. Este enunciado fue el inicio de la teoría celular.

1838

Schleiden

Afirmó que todos los formados por células.

Schwann

Retomó los postulados de Schleiden, llevándolos a los animales, empleando por vez primera el término “teoría celular”, la cual se extendió a los seres unicelulares.

1839

vegetales

están

El desarrollo del microscopio trajo consigo la observación de espermatozoides lograda por Luis de Hamm, así como el folículo que De Graaf había observado. Ambos descubrimientos lograron la rápida comprensión del origen de un nuevo ser, sustituyéndose esta idea por la antigua idea hipocrática de que el embrión proviene de la mezcla de dos simientes producidas por ambos padres. Sin embargo, aparecieron muchas ideas preconcebidas que bloquearon la aceptación de la nueva explicación científica generada por los descubrimientos recientes. Las concepciones de ese tiempo se centraban en dos ideas dominantes mutuamente excluyentes: a.

La preformación del embrión, que era un ser en miniatura cuyo crecimiento se estimula con la simiente producida por el padre.

b. La epigénesis, en la que el embrión forma partes nuevas que van provocando su desarrollo. Inicialmente, se tenía la idea de que el huevo era el germen contenido en la madre que crecería hasta convertirse en un adulto, pero con el descubrimiento de los espermatozoides la idea de la preformación atribuyó el germen preformado al padre en lugar de a la madre. Muchos hombres reconocidos apoyaron estas ideas que además, se veían reforzadas por la idea creacionista de que los animales fueron creados una sola vez , por lo que cada individuo que nacería estaba dentro de la primera hembra, dentro de la cual había un ser pequeñísimo de iguales proporciones que el adulto. Este ser pequeñísimo contenía a su vez otro más pequeño y así sucesivamente hasta cubrir el número de individuos que nacerían. Tabla 2. Cronología de la célula Año 1665

Científico Robert Hooke

1674

Grew y Malpighi

XII Y XVII

Leeuwenhoek

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Aportación Describió en su obra “Micrographia”, las celdillas observadas en corcho, a las que llamo células. También observaron las células, pero no dieron importancia al líquido viscoso que encontraron en su interior. En este periodo solo se había conocido la pared celular. El perfeccionamiento del microscopio propicio el avance de la citología.

Año XIX

1833

1835

Científico Robert Brown

Aportación Descubrió el núcleo de las células de la orquídea.

Dujardin

Descubrió el contenido celular como una sustancia gelatinosa homogénea insoluble en agua, diáfana, contráctil a la que llamó sarcodio.

Purkinje y Van Mol

Propusieron el termino “protoplasma” era la misma cosa, y se llegó a definir a la célula como una cantidad de protoplasma y en el centro el núcleo, a lo que llamaron teoría protoplásmica

Mattias Schleiden, Theodor Schwann y Rudolf Virchow: Creadores de la teoría celular. Para el botánico Mattias Schleiden, el desarrollo de la planta era provocado por la aparición de gránulos producidos en las celdillas. Al comparar Schwann los gránulos de los tejidos vegetales de Schleiden, con lo que él conocía de los tejidos animales, notó la similitud entre las células vegetales y animales. Schwann y Schleiden eran amigos y habían mostrado sus resultados mutuamente. Con esta información propusieron que todos los tejidos animales y vegetales provienen de células que les dan origen, siendo la célula la unidad estructural de los seres vivos. Así fue como se desarrolló el primer concepto de célula. Estos investigadores encontraron que todos los organismos que observaron al microscopio, presentaban una estructura, que si bien podía adoptar diferentes formas y tamaños, en esencia era la misma. Virchow fue finalmente el autor del tercer postulado de la teoría celular, que propone que las células se originaron a partir de las ya existentes.

Fig. 14. 14. Investigadores que postularon la Teoría celular.

De acuerdo con la Teoría Celular, la célula es la Unidad Anatómica, Funcional y de Origen de todos los seres vivos:

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• •

•

Unidad Anatómica: Todos los seres vivos están formados por células. Unidad Funcional: En las células se llevan a cabo todas las reacciones que permiten el funcionamiento del metabolismo celular. Unidad de origen: Toda célula procede de otra célula.

Las células pueden ser autosuficientes y capaces de llevar una vida independiente. Pero a pesar de la diversidad de las células es posible reconocer dos tipos de organización celular, como se observa en la figura 14.

Fig. 15. 15. Célula eucariota.

Organismos vivos

Organismos multicelulares

Organismo unicelular

Procariota

Eucariota

Bacteria

Protistas

Eucariota

Fungui

Plantas

Animales

Fig. 16. 16. Mapa conceptual de los organismos vivos.

Aunque el cuerpo humano contiene más de 75 billones de células, en la mayoría de las formas de vida, “la célula” realiza todas las funciones necesarias para existir de manera independiente. La mayoría de las células son muy pequeñas para observarse a simple vista y se requiere para ello del uso de un alto poder óptico -microscopios electrónicos para el examen celular. Los grandes y rápidos avances de la investigación biológica en las últimas décadas han derivado del conocimiento de la teoría celular y de la utilidad del microscopio han llevado a considerar a la segunda mitad del siglo XX como el tiempo de la revolución biológica. Gracias a las nuevas técnicas de investigación (químicas, biofísicas, ingeniería genética, etcétera) se han desarrollado nuevas ramas: Biología y Fisiología celular, Bioquímica, Genética, Genómica, Proteómica, Biotecnología, etcétera. La Biología moderna profundiza en el estudio de los niveles más elementales de organización de los seres vivos, los ámbitos moleculares y celulares, obtenidos de la concepción celular del organismo, a diferencia del enfoque de épocas anteriores, centrado fundamentalmente en el conocimiento de las características anatómicas y fisiológicas de los diferentes organismos vivos. Algunas de las grandes cuestiones a las que intenta dar respuesta la Biología actual, como de qué manera surge la vida, cómo está constituido el cuerpo de los seres vivos, por qué nos parecemos tanto unos seres humanos a otros y, sin embargo, somos diferentes, etcétera, no se abordaron hasta finales del siglo XIX, con el planteamiento de las teorías de la evolución y celular que transformaron la Biología de su tiempo en una ciencia moderna y experimental. Dentro de ella, el desarrollo vertiginoso de la Biología molecular y las técnicas de ingeniería genética han transformado la sociedad y han abierto unas perspectivas de futuro de gran interés, algunas de las cuales ya son una realidad, como la terapia génica, la clonación, los alimentos transgénicos, etcétera.

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Actividad: 1 I.

Lee detenidamente el tema anterior para posteriormente responder los siguientes cuestionamientos.

¿Qué dice la teoría celular?

¿Cuáles son las principales características de las células en cuanto a su composición estructural?

¿Qué investigadores enunciaron la teoría celular?

II.

Investiga en qué consisten los siguientes términos: a. Biología celular b. Fisiología celular

Genómica

d. Proteómica

Terapia génica

Actividad: 1 Conceptual Describe la teoría celular.

Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuestionario. Puntaje: Saberes Procedimental Actitudinal Descubre la importancia de la Compara a la biología en su teoría celular para el avance en los periodo de antes y después de la conocimientos biológicos y de teoría celular. otras disciplinas. C MC NC Calificación otorgada por el docente

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Biología computacional y bioinformática. En los últimos años las ciencias de la vida y en especial la biología y la medicina, están despertando gran interés. Como resultado de esto se han tenido grandes logros en ramas de la ciencia como la genética debido a avances logrados mediante investigaciones interdisciplionarias que han permitido establecer vínculos entre la medicina, la biología, la química y las ingenierías (ingeniería de sistemas y electrónica). Estos avances facilitaron el desarrollo de nuevas herramientas tecnológicas como la bioinformática y la biología computacional. La bioinformática. Se podría definir como la aplicación de las tecnologías de la información al campo de las ciencias de la vida. Esto incluye el desarrollo y uso de metodologías propias de ramas como la computación y la informática en el almacenaje, análisis y gestión de datos generados por la biología y la medicina.

Fig. 17. 17. Ejemplo de aplicaciones de la bioinformática.

La biología computacional se centra en el análisis de la información. El objetivo de la biología computacional consiste en extraer el conocimiento que subyace en las grandes bases de datos biológicas, para lo cual utiliza como herramienta a las matemáticas avanzadas.

Fig. 18. 18. Análisis de la Información.

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En la figura 19 podemos apreciar algunas aplicaciones de la Biología computacional.

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Actividad: 2 De acuerdo al texto sobre bioinformática y biología computacional que acabas de leer realiza una investigación en equipo.

Investiga en qué consisten cada una de las siguientes aplicaciones de la bioinformática: 1.

Elaboración de mapas genéticos

Pruebas de paternidad

Detección precoz de enfermedades genéticas

Una de las aplicaciones de la biología computacional es la predicción de la función de los genes, ¿qué ventajas representa este hecho para el hombre? ¿posee desventajas? Argumenta tus respuestas. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

Actividad: 2 Conceptual Examina información relevante y actual. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Analiza las aportaciones de las herramientas tecnológicas a la biología. C

Critica las aplicaciones de la bioinformática y biología computacional.

Calificación otorgada por el docente

Cierre Actividad: 3 En equipo de 4 integrantes, en el laboratorio realicen la siguiente práctica, así como la investigación solicitada para de manera posterior presentar tu reporte al profesor(a).

OBSERVACION DE MUESTRAS BIOLÓGICAS AL MICROSCOPIO. Cuando colocamos una muestra para observar en un microscopio, podemos verlas incrementadas en su tamaño, 10, 50, 100 veces, dependiendo del potencial de los lentes del microscopio que estemos utilizando, lo cual ha servido para tener grandes logros en diferentes disciplinas, siendo una de las más importantes la medicina. MATERIALES: Hojas de diferentes plantas Insectos pequeños Sangre Semen Portaobjetos Cubreobjetos Tubo de ensaye Gotero PROCEDIMIENTO: 1. 2. 3. 4. 5.

Coloca la muestra que hayas elegido para observar sobre un portaobjetos. Si elegiste sangre o semen, coloca un cubreobjetos. Lleva la muestra a la platina del microscopio. Comienza a enfocar la muestra de acuerdo a las instrucciones de tu profesor(a). Anota tus observaciones en los cuadros que aparecen a continuación.

Muestras 1

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Actividad: 3 (continuación) I.

Una vez que hayas terminado la práctica, en equipo realicen comentarios acerca de lo que observaron y escribe las conclusiones a las que llegaron.

II.

El objetivo de desarrollar la sangre artificial es usarla en situaciones de emergencia, por ejemplo para personas atrapadas en un accidente, en donde normalmente el transporte de sangre tarda más por las condiciones de temperatura que debe mantenerse, además de que muchas enfermedades impiden que un buen número de personas puedan ser donadoras. ¿Cuál es el procedimiento por el que se obtiene la sangre artificial? ¿En qué otros casos se utiliza?

Actividad: 3 Conceptual Resalta el uso del microscopio.

Autoevaluación

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Evaluación Producto: Cuadro comparativo y cuestionario. Saberes Procedimental Experimenta el manejo del microscopio para la observación de diversas muestras. C

Puntaje: Actitudinal Muestra su capacidad de asombro ante la resolución y uso del microscopio.

Calificación otorgada por el docente

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Analiza los procesos celulares. Unidad de competencia: •

Explica los procesos celulares mediante el análisis descriptivo y funcional que conllevan en el transporte, comunicación, diferenciación y control que realiza la célula, así como en la valoración de los alcances que han tenido estos descubrimientos en la biología, aplicando el método científico en la búsqueda de la información actualizada y la realización de actividades experimentales, trabajando de manera cooperativa.

Competencias disciplinares básicas: • • • • • •

Aplica los avances científicos y tecnológicos en el mejoramiento de las condiciones de su entorno social. Aplica la metodología apropiada en la realización de proyectos interdisciplinarios atendiendo problemas relacionados con las ciencias experimentales. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica.

Atributos a desarrollar en el bloque: 1.

Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el avance de la biología en su contexto y la aplicación de la tecnología para dar solución a problemas 2. Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. 3. Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 4. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. 5. Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. 6. Evalúa argumentos y opiniones e identifica prejuicios y falacias. 7. Reconoce los propios prejuicios, modifica los puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 8. Identifica problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo. 9. Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. 10. Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana. 11. Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 12. Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

Tiempo asignado: 12 horas

Secuencia didáctica 1. Procesos de transporte a través de la membrana celular. Inicio Actividad: 1 Utilizando tus conocimientos acerca de la célula, resuelve cuestionamientos: I. Observa el esquema y coloréalo de acuerdo con el código de colores

los

siguientes

Proteínas, 2. Lípidos 3. Glúcidos II.

Colorea de verde las proteínas, de rojo los glúcidos y de amarillo los fosfolípidos.

Completa el cuadro señalando el nombre y función de las moléculas que forman la estructura de la membrana celular.

Número

Nombre de la molécula

Función en la membrana

Actividad: 1 Conceptual Asocia las principales partes de la membrana celular. Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Demuestra sus conocimientos sobre la constitución química de la membrana celular. C

Reordena la importancia de las funciones de los organelos celulares.

Calificación otorgada por el docente

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Desarrollo La membrana plasmática de cada célula sana separa el contenido celular del líquido tisular que la rodea. Al mismo tiempo, la membrana debe permitir la entrada de ciertas sustancias y las salidas de otras. Existe tráfico intenso y continuo en ambas direcciones a través de las membranas celulares. Las moléculas de agua, alimentos, gases, desechos y de muchas otras sustancias entran y salen a la célula en una procesión interminable. Una serie de procesos permiten ese movimiento masivo de sustancias hacia adentro y afuera de la célula. La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de pequeñas moléculas, siempre que sean lipófilas, pero regula el paso de las moléculas no lipófilas. Los mecanismos de transporte pueden verse en el siguiente esquema:

Membrana celular: Modelo del mosaico fluido. A principios del siglo XX, investigaciones experimentales de la fisiología celular condujeron a postular la existencia, en todas las células, de una membrana invisible, a la que se llamó membrana plasmática o citoplasmática, y que debía estar compuesta esencialmente de lípidos. Ésta representaba la envoltura del protoplasma, la parte fisiológicamente activa de la célula. Con el uso del microscopio electrónico, pudo observarse por fin la membrana plasmática, cuyo espesor típico es de sólo 0,0075 µm (109 Å). La membrana plasmática es la estructura que recubre todas las células.

Fig. 1. Formación de la membrana celular.

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S.J. Singer y G. L. Nicolson en 1972 propusieron el modelo de mosaico fluido de membrana. Las proteínas, lípidos e hidratos de carbono se sitúan en una configuración estable. Este modelo sostiene que los fosfolípidos forman la bicapa lipídica realmente ordenada (fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina) formando una matriz fluida y las proteínas adoptan una configuración en la membrana según la interacción de sus partes con las moléculas que las rodea, como podemos observar en la figura que se muestra continuación:

Fig. 2. Estructura de la membrana plasmática según el modelo de mosaico fluido (1972).

Fig. 4. Colesterol en la membrana. Fig. 3. Componentes de la membrana celular.

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Procesos de transporte: Transporte pasivo. Los procesos de transporte se clasifican en dos categorías generales: procesos de transporte pasivo y procesos de transporte activo. Transporte pasivo. pasivo No requiere consumo de energía por parte de la célula. En este tipo de transporte se desplazan sustancias a través de las membranas celulares, clasificándose en la siguiente forma: • • • •

Difusión. Ósmosis. Diálisis. Filtración.

Los científicos describen el movimiento de sustancias en sistemas pasivos como “a favor de un gradiente de concentración”. Eso quiere decir que las sustancias se desplazan desde una región con concentración alta hacia otra con concentración baja hasta que se igualan las concentraciones a ambos lados de las membranas. En el esquema que aparece en la parte inferior puedes observar ejemplos de los diferentes tipos de transporte pasivo. Difusión. La difusión tiene como base el hecho de que las sustancias tienden a distribuirse uniformemente por el espacio disponible. No es necesaria energía adicional para ese movimiento. Fig. 5. Ejemplos de difusión.

a) Al colocar una gota de tinte en un recipiente con agua, las moléculas del tinte se dispersan de manera uniforme con lentitud entre las moléculas de agua. b) Lo mismo ocurre cuando se colocan dos sustancias en el recipiente; cada una de ellas tiende a presentar un desplazamiento neto descendiendo por su gradiente de concentración.

Fig. 6. 6. El Oxígeno entra a la célula por difusión simple.

Fig. 7. 7. El esquema muestra las diferencias entre difusión simple, facilitada y por canales.

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Ósmosis y diálisis. diálisis La ósmosis y diálisis son ejemplos de difusión especializada. En ambos casos, la difusión ocurre a través de una membrana con permeabilidad selectiva. Se dice que la membrana plasmática de una célula posee permeabilidad selectiva porque permite el paso de ciertas sustancias, pero el de otras no. Esa propiedad es necesaria para que la célula permita la entrada de determinadas sustancias, como los nutrientes, y al mismo tiempo impida la de otras.

Fig. 8. 8. En el sistema, A representa agua, B moléculas de azúcar y agua, observa el movimiento de moléculas, hasta alcanzar un equilibrio.

La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana selectivamente permeable cuando algunos de los solutos (sustancias disueltas en el agua) no pueden atravesar la membrana. Sin embargo, en el caso de la diálisis, los solutos se mueven por difusión a través de una membrana con permeabilidad selectiva.

Fig. 9. Paso de agua (ósmosis) a través de una membrana semipermeable.

Filtración. Consiste en el movimiento de agua y solutos a través de una membrana debido a la existencia de una fuerza impulsora mayor en un lado de la membrana que en el otro. Esa fuerza se conoce como presión hidrostática y representa simplemente la fuerza o el peso líquido que empuja sobre una superficie. Este proceso es de gran importancia fisiológica, ya que la filtración siempre se produce a favor del gradiente de presión hidrostática. Esto significa que cuando dos líquidos tienen presiones hidrostáticas diferentes y están separados por una membrana, el agua y los solutos se filtrarán desde la solución con presión hidrostática más alta hacia la solución con presión hidrostática más baja, observa el ejemplo de la figura 10.

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Fig. 10. Ejemplos de procesos de transporte pasivo que ocurren en nuestro organismo.

Actividad: 2 Una vez leído y analizado el tema anterior, lee con atención la siguiente información para después responder el cuestionamiento final. La próxima vez que te sirvas una taza de café o té, realiza este experimento simple para demostrar la difusión de partículas en un líquido: 1. 2. 3. 4.

Coloca un terrón de azúcar en una cuchara Introdúcelo con cuidado hasta el fondo de la taza. Deja reposar el sistema durante 2 ó 3 minutos. Posteriormente, sujetando con firmeza la taza, beba de la parte superior del líquido, notarás el sabor dulce.

¿Por qué incluso la parte superior del líquido está dulce? ¿Qué sucedió? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ BLOQUE 2

Actividad: 2 (continuaciรณn) ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Actividad: 2 Conceptual Describe los mecanismos de transporte celular. Autoevaluaciรณn

Evaluaciรณn Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Analiza la informaciรณn revisada. C

Integra los conocimientos referentes al transporte pasivo.

Calificaciรณn otorgada por el docente

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Transporte activo. El transporte activo se define como el paso de una sustancia a través de una membrana semipermeable, desde una zona de menor concentración a otra de mayor concentración, con gasto de energía. Para que se lleve a cabo requiere de proteínas transportadoras que actúen como bombas, además de una fuente de energía que es el ATP (adenosín trifosfato). En este caso, la membrana además de selectiva es activa. Podemos ejemplificar este tipo de transporte con el ion potasio que se encuentra en una concentración elevada dentro de la célula muscular, cuando se le compara con las concentraciones menores de potasio en el líquido extracelular. Hay que admitir, entonces, que el potasio entra a la célula, no por una simple difusión, sino por un mecanismo activo de “bombeo” en el cual toman parte las enzimas y el ATP (como fuente de energía).

Fig. 11. Por este mecanismo, se bombea 3Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las células nerviosas del 70%) para bombeas estos iones.

Otros mecanismos de transporte: Endocitosis, Exocitosis y Transcitosis. Endocitosis. Es el proceso en virtud del cual las células capturan macromoléculas, partículas e incluso en el caso de algunas células determinadas, otras células. El material a ingerir es rodeado por la membrana plasmática, que se invagina y finalmente se desprende hacia el espacio intracelular en forma de vesícula. Se conocen tres formas distintas de endocitosis: la fagocitosis ("células comiendo"), la pinocitosis ("células bebiendo") y la endocitosis mediada por receptor; todas ellas requieren energía. Existen tres tipos de endocitosis: En la fagocitosis (fig.12 fig.12), fig.12 el contacto entre la membrana plasmática y una partícula sólida induce la formación de prolongaciones celulares que envuelven la partícula, englobándola en una vacuola. Luego, uno o varios lisosomas se fusionan con la vacuola y vacían sus enzimas hidrolíticas en el interior de la vacuola. La fagocitosis se utiliza para captar partículas grandes, incluso microorganismos completos. Un macrófago detecta otro microorganismo, por ejemplo, a un Paramecium, emite extensiones de su membrana superficial, llamadas pseudópodos (falso pie). Los pseudópodos rodean al Paramecium, sus extremos se fusionan y la presa es llevada al interior del macrófago para su digestión. La vesícula restante, llamada vacuola alimenticia, se fusiona con lisosomas cuyas enzimas digieren a la presa. Los leucocitos también utilizan la fagocitosis y la digestión intracelular para englobar y destruir bacterias que invaden nuestro organismo.

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Fig. 13. Fagocitosis.

Fig. 12. Ejemplo de Fagocitosis. a)

Microfotografía de microscopía electrónica de barrido que muestra un macrófago en el acto de englobar a Leishmanía mexicana. Este protozoario parásito provoca la enfermedad potencialmente mortal llamada leishmaniasis. El parásito se transmite a los humanos por el piquete de moscas areneras infectadas. Diagrama de fagocitosis. Los lóbulos del citoplasma de la ameba se extienden hacia el exterior y rodean a su blanco. La membrana plasmática de las extensiones se fusiona, y forma una vacuola fagocítica.

En la pinocitosis (fig.14 fig.14), fig.14 una parte muy pequeña de la membrana plasmática se hunde, conteniendo fluído extracelular, y lo introduce en el citoplasma como una pequeña vesícula. La pinocitosis mueve una gota de fluido extracelular contenida dentro de la parte que se hunde hacia el interior de la célula.

Fig. 14. Pinocitosis.

Fig. 15. Célula formando varias vesículas.

En la endocitosis mediada por receptor (Fig.17 Fig.17), Fig.17 las sustancias que serán transportadas al interior de la célula deben primero acoplarse a las moléculas receptoras específicas. Los receptores se encuentran concentrados en 42

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zonas particulares de la membrana (depresiones) o se agrupan después de haberse unido a las moléculas que serán transportadas. Cuando las depresiones están llenas de receptores con sus moléculas especificas unidas, se ahuecan y se cierran formando una vesícula.

Fig. 16. Solo entran sustancias reconocidas por su receptor.

Fig. 17. Endocitosis Endocitosis mediada por receptor.

Exocitosis. Fig.18), Exocitosis En la exocitosis (Fig.18 Fig.18 una célula expulsa productos de desecho o específicos de secreción, como las hormonas, enzimas, neurotransmisores, entre otros, mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática. Este proceso de exocitosis da lugar a la incorporación de la membrana de la vesícula secretora a la membrana plasmática cuando el contenido de la vesícula se libera fuera de la célula. Con frecuencia es utilizada por parte de las células para deshacerse de materiales no deseados, productos de desecho de la digestión o para secretar materiales, que pueden ser hormonas, hacia el fluido extracelular. Este es también el principal mecanismo por el que crecen las membranas plasmáticas.

Fig. 18 18. Exocitosis. Exocitosis.

Fig. 18. 18. Exocitosis.

Fig. 19. Por ejemplo, las vesículas se mueven desde los complejos de Golgi a la superficie superficie de la célula. Cuando una vesícula alcanza la superficie celular, su membrana se fusiona con la membrana citoplasmática y expulsa su contenido al exterior. Este proceso es conocido como exocitosis.

Transcitosis. Transcitosis Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares, como observamos en la siguiente figura:

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Fig. 20. La transcitosis ocurre en las células plana endoteliales endoteliales que tapizan los capilares sanguíneos.

Endocitosis.

Exocitosis.

Fig. 21. En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

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Actividad: 3 Utilizando la información brindada en el tema “procesos celulares de transporte”, elabora en forma individual, un esquema para poder incluir conceptos y definiciones de cada uno de los mecanismos de transporte que se realizan a través de la membrana celular.

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Actividad: 3 (continuaci贸n)

Actividad: 3 Conceptual Contrasta cada uno de los mecanismos de transporte celular. Autoevaluaci贸n

Evaluaci贸n Producto: Esquema. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Ordena los procesos de transporte celular C

Argumenta la relevancia de la membrana celular en la entrada y salida de nutrientes.

Calificaci贸n docente

otorgada

por

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Cierre Actividad: 4 Lee atentamente los temas anteriores, observa los esquemas contenidos y responde lo que se te pide a continuación, considerando también las explicaciones de tu profesor. 1. El transporte activo a través de la membrana plasmática se efectúa por la acción de: a. La difusión. b. Proteínas de la membrana. c. El ADN. d. El agua. e. La ósmosis. 2. a. b. c. d. e.

La que sigue es una característica de las membranas plasmáticas: Separa el contenido de las células de su ambiente. Es permeable a ciertas sustancias. Es una bicapa lipídica con proteínas incrustadas. Contiene bombas para desplazar moléculas contra su gradiente de concentración. Todo lo anterior.

Si una célula animal se coloca en una solución cuya concentración de sustancias disueltas es más alta que en el interior de la célula. La célula se hinchará. La célula se encogerá. La célula conservará su tamaño. La célula se describe como hipertónica. Tanto (b) como (d) son correctos.

a. b. c. d. e.

4. Las moléculas pequeñas, no polares e hidrofóbicas como los ácidos grasos: a. Atraviesan fácilmente la bicapa lipídica de una membrana. b. Se difunden muy lentamente a través de la bicapa lipídica. c. Requiere canales especiales para entrar en una célula. d. Se transportan activamente al otro lado de la membrana plasmática. e. Debe entrar a la célula por endocitosis. 5. a. b. c. d. e.

¿Cuál de los siguientes sería menos factible que se difundiera a través de una bicapa lipídica? Agua. Dióxido de carbono. Iones de sodio. Oxígeno. La molécula no polar de butano.

Actividad: 4 Conceptual Diferencia los procesos celulares. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Demuestra la comprensión del tema estudiado. C

Justifica la vida celular en base al funcionamiento de la membrana.

Calificación otorgada por el docente

Secuencia didáctica 2. Procesos de diferenciación celular. Inicio Actividad: 1 Escribe unas frases breves que expresen tu conocimiento sobre los siguientes conceptos: Célula madre: ___________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Célula:___________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Tejido:____________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Actividad: 1 (continuación) Huevo o cigoto:_____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Embrión:__________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

Actividad: 1 Conceptual Parafrasea conceptos: Célula madre, célula, tejido, cigoto, embrión. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Glosario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Expresa sus conocimientos acerca de conceptos relacionados con la diferenciación celular. C

Reordena los conocimientos previos involucrados en el tema.

Calificación otorgada por el docente

Desarrollo Durante el proceso de evolución, las células de los metazoos y de las plantas vasculares fueron poco a poco modificándose y, empezando a desarrollar con mayor eficacia determinadas tareas, permitiendo que un grupo de células dentro de estos organismos se especializaran en funciones específicas. Ese conjunto de células que comparten la misma naturaleza, diferenciadas de un modo determinado, ordenadas regularmente y con un comportamiento fisiólogico común son las que forman los tejidos en los organismos superiores.

Diferenciación celular. El proceso que hace posible que a partir de una célula denominada cigoto, formada por la unión de dos células haploides ovulo y espermatozoide se desarrolle un organismo completo, constituido en el ser humano por alrededor de doscientos tipos celulares especializados en diversas funciones, es la diferenciación celular. Por lo tanto, diferenciación celular se define como el proceso que permite que una célula indiferenciada adquiera una morfología y función determinadas.

Fig. 22. 22. Diferenciación celular de diferentes tejidos.

Fig. 23. Diferenciación celular ósea.

Fig. 24. 24. Diferenciación celular de células muy diferentes entre sí.

Es decir, que la diferenciación celular es la transformación de una célula única (cigoto) en un organismo multicelular compuesto de miles a millones de células, altamente especializadas en su anatomía y función. El cuerpo humano, por ejemplo, posee cientos de tipos celulares distintos, cada uno con su forma, propiedades y compuestos químicos propios, ajustados a su función particular en el organismo. Estas características distintivas se manifiestan a medida que el número de células aumenta por mitosis y se forma el embrión.

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Cuando las células se van diferenciando, van reduciendo el repertorio de funciones y fenotipos que potencialmente pueden desarrollar. Es así como a partir del cigoto se van formando los siguientes estadíos: •

Mórula: La cual se produce como resultado de la segmentación del óvulo fecundado, el cual se divide mediante mitosis sucesivas, dando lugar a unas células denominadas blastómeros. Se consideran que está formada por células totipotentes porque cada una de ellas es capaz de formar un organismo completo. A medida que avanza el desarrolla embrionario aparece el siguiente estadio:

•

Blástula: El conjunto de blastómeros que se produce a partir del huevo conforman a la blástula, que se produce a partir de huevos con el vitelo distribuido homogéneamente. Ocurre así en mamíferos y equinodermos. Aquí las células pasan de ser totipotentes a ser pluripotentes, ya que aunque tienen la potencialidad de formar todos los tejidos de un organismo, no son capaces de formar un organismo completo, pues no se puede diferenciar hacia tejidos extraembrionarios.

Fig. 25. 25. Blástula y gástrula, con el inicio de las capas germinales.

Luego sufren un paso adicional de especialización hacia células progenitoras multipotentes que tienen la capacidad de diferenciarse en células maduras y funcionales. •

Gástrula: Gástrula: Es un estado embrionario resultante del proceso de gastrulación que sufre la blástula. En los animales diblásticos, esponjas y celentéreos (animales más primitivos), la gástrula está formada por dos capas celulares, ectodermo y endodermo, que dan lugar a todo el organismo. En los animales triblásticos (animales superiores), la gástrula tiene una tercera capa, el mesodermo. En ella finalmente sucede la formación de las tres capas, endodermo, mesodermo y ectodermo, como podemos observar en la figura 26. A partir de estas capas se forman los diferentes tejidos y órganos del individuo maduro, en los procesos de histogénesis y organogénesis respectivamente.

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Fig. 26. 26. Primeras fases del desarrollo embrionario Mórula: La cual se produce como resultado de la segmentación del óvulo fecundado, el cual se divide mediante mitosis sucesivas, dando lugar a unas células células denominadas blastómeros. a).blástula a).blástula hueca, en ella, los blastómeros emigran hacia blastómeros os iguales, el blastodermo. la periferia, por lo que se forma una cavidad central, el blastocele, que está rodeada por una sola capa de blastómer blastodermo. b) Gástrula: La gástrula tiene una cavidad, el ARQUENTERÓN, que representa al intestino primitivo, y que se relaciona con el exterior exterior mediante un orificio, EL BLASTOPORO. BLASTOPORO

Capas germinales de animales. Endodermo: Endodermo Es la capa germinal embrionaria más interna, aparece siempre cuando una capa de células se proyecta hacia afuera a partir de masa celular interna. Es el origen del sistema nervioso, por ejemplo. Mesodermo: Es la capa germinal media de tejido embrionario. Se origina a partir de la masa celular interna y se ubica entre el endodermo y el ectodermo. Es el origen de estructuras como músculos y huesos. Ectodermo: Es la capa germinal más externa. Que da origen a estructuras como la piel y el sistema nervioso. Observa las figuras 5 y 6 para una mayor comprensión.

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Fig. 27. 27. El endodermo da origen a algunos epitelios, como el que tapiza al sistema digestivo, el mesodermo a tejidos como los conjuntivos, los tejidos de sostén como el tejido esquelético, el tejido muscular y la sangre, mientras que a partir del ectodermo se origina el tejido nervioso y epitelios, como el asociado a la piel.

Actividad: 2 Una vez que hayas leído el tema “capas germinales de animales”, realiza una investigación para llenar el siguiente cuadro comparativo con los órganos y tejidos que surgen a partir de cada una de las capas de las cuales se desarrolla el embrión. Considera el ejemplo que que se te muestra en el cuadro.

Capas Endodermo

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Tejidos u órganos Aparato digestivo.

Actividad: 2 (continuación)

Capas

Tejidos u órganos

Mesodermo

Tejido muscular.

Ectodermo

Sistema nervioso.

Actividad: 2 Conceptual Identifica las capas germinales en animales.

Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuadro comparativo. Saberes Procedimental Clasifica los distintos tipos de tejidos de acuerdo a su origen. C

Puntaje: Actitudinal Compara los órganos surgidos de distintos tejidos.

Calificación otorgada por el docente

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Organogénesis Consiste en cambios morfogenéticos más localizados en las células que forman las capas germinales y que se traducen en la formación y desarrollo de los distintos órganos.

Fig. 28. El genoma de las diferentes células que constituyen un organismo organismo es igual, con la expresión diferencial de genes, así por ejemplo un hepatocito y un cardiocito, a pesar de tener en el núcleo el mismo genoma expresan diferentes genes, y por lo tanto también contienen un perfil proteico diferente.

Movimiento morfogenético. Los movimientos formativos celulares pueden tener lugar con o sin crecimiento. Cuando las células se mueven y crecen a la vez, el proceso se denomina morfogénesis. Las variaciones morfogenéticas son la regla en los animales multicelulares, y en general no existen en las plantas debido a la rigidez de su pared celular. En el desarrollo de un vertebrado, el primer movimiento morfogenético importante es la gastrulación, un desplazamiento celular que puede producirse de distintas maneras pero que conduce invariablemente a un embrión con dos capas celulares que proceden de una. Los movimientos morfogenéticos posteriores son numerosos, como la reunión de células para formar los esbozos de las extremidades o la migración de las células germinales (sexuales) primordiales a la región gonadal (testículos y ovarios).

Fig. 29. 29. Cambio en la forma celular durante la morfogénesis.

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Fases del desarrollo embrionario. Las tres capas embrionarias ECTODERMO, MESODERMO Y ENDODERMO que se conocen como las capas germinales primarias, se diferencian en órganos similares en todas las especies de animales. El endodermo origina células que se especializan en las glándulas digestivas más importantes y son responsables del revestimiento de los conductos aéreos y de la mayor parte del tubo digestivo. El mesodermo se diferencia en la sangre y los vasos sanguíneos, los tejidos conjuntivos, los músculos, y en general el aparato reproductor y los riñones. El ectodermo da lugar a la epidermis y a las estructuras derivadas como el pelo y las uñas, a mucosas de revestimiento de la boca y el ano, al esmalte dental y al sistema nervioso central.

Fig. 30. 30. Formación de tejidos en el embrión.

El huevo humano fecundado en la trompa de Falopio es transportado, mediante los cilios de las células del epitelio de la trompa, hacia el útero, donde se implanta (en el endometrio, lo que se desgarra cuando a las hembras les viene el periodo), es decir, se fija y es recubierto por el tejido uterino. Los estudios de embriones de primates indican que tanto en el ser humano como en los monos la multiplicación celular se inicia durante el desplazamiento del huevo a través de la trompa. El embrión implantado está formado por una esfera hueca, el blastocisto, que contiene una masa de células denominada embrioblasto, y que va penetrando profundamente en el endometrio uterino hasta quedar recubierto por el epitelio endometrial. En un blastocisto inferior a dos semanas de edad y con 1 mm de diámetro, el microscopio pone de relieve el amnios (saco que rodea al embrión), el corion (membrana que envuelve al embrión y que delimita con la pared uterina), el saco vitelino y diferentes capas embrionarias. En la tercera semana aparece una estructura tubular cerrada en la que se desarrollarán el cerebro y la médula espinal. Otro tubo, replegado sobre sí mismo, se diferencia en el corazón, y aproximadamente en este estadio una porción del saco amniótico queda incluida en el interior del cuerpo del embrión para formar una parte del tubo digestivo embrionario. Al principio de la cuarta semana, se observa en el embrión, que ahora tiene una longitud entre 4 y 5 mm, el esbozo de los ojos y oídos, y a cada lado del cuello cuatro hendiduras branquiales. También se puede observar ya la columna vertebral.

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Fig. 31. 31. Embrión 5 semanas.

A principios del segundo mes aparece el esbozo de los brazos y de las piernas. Los órganos más importantes empiezan a adquirir forma, y hacia la sexta semana empiezan a formarse los huesos y los músculos.

Fig. 32. 32. Embrión de 8 semanas.

Hacia el tercer mes, el embrión se reconoce como el de un primate y se denomina feto. Tiene un rostro definido, con boca, orificios nasales, y oído externo aún en formación; en la undécima y duodécima semanas los genitales externos se hacen patentes. Entre la cuarta y la octava semana de gestación, el embrión humano es especialmente vulnerable a los efectos lesivos de los rayos X, a las enfermedades virales como la rubéola, y a ciertos fármacos. Estos agentes pueden conducir a la muerte del embrión o al nacimiento de un bebé con malformaciones de los miembros u otras anomalías.

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Hacia el cuarto mes, el embrión se reconoce de forma clara como un ser humano.

Fig. 33. 33. Embrión en el cuarto mes.

En el proceso de formación del nuevo individuo hay una similitud tan asombrosa: mórula, blástula y gástrula, que no podemos distinguir unas de otras; son iguales para todos. Imposible diferenciar en esa fase una futura lagartija de un futuro conejo, un cordero de un león, un ratón de un ser humano. Solo en las siguientes etapas van marcándose diferencias; y en las especies afines, como entre mamíferos terrestres, solo en las ultimas. Observa con detenidamente la siguiente figura:

Fig. 34. El estudio de los embriones permite comprender las relaciones de parentesco entre diferentes especies, ya que el desarrollo mismo aparecen estructuras y órganos similares entre ellos. El parecido de los embriones y su posterior diferenciación no hacen más que revelar el origen común entre ellos.

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Actividad: 3 Una vez que hayas leído los temas diferenciación celular así como organogénesis y fases del desarrollo embrionario, estarás en posibilidad de analizar la tabla comparativa que aparece a continuación. Obtén tus propias conclusiones con respecto al parecido entre las diferentes clases de seres vivos.

Conclusiones______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Actividad: 3 (continuación) ¿Por qué consideras que los cuidados deben ser extremos en el primer semestre de gestación de un individuo humano? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________

Actividad: 3 Conceptual Conoce las diferencias funcionales y estructurales que le permiten ordenar las fases hasta la organogénesis.

Autoevaluación

Evaluación Producto: Conclusiones. Saberes Procedimental

Relata el proceso de organogénesis y desarrollo embrionario.

Puntaje: Actitudinal

Generaliza sobre las relaciones de parentesco entre diferentes especies.

Calificación otorgada por el docente

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Las células madre en la sociedad actual. Desde el punto de vista estrictamente científico, la investigación con células madre representa un capítulo más de la ciencia biomédica actual. Igualmente, los intentos de desarrollar terapias con este tipo de células se pueden considerar un apartado más, dentro de las iniciativas en marcha para mejorar los cuidados de la salud, a partir del avance actual de los conocimientos. Sin embargo hay mucho de especial en la investigación con células madre, se ve afectada por una serie de condicionantes en la sociedad en que vivimos. Entre ellos están, desde la concepción que se tiene de la vida humana en sus primeros estadios, como base de las decisiones que se adopten a la hora de autorizar ciertas investigaciones, hasta la forma en que se presentan a la opinión pública las expectativas que cabe atribuir a la medicina regenerativa. La decisión de la sociedad debe estar basada en un conocimiento de lo que está en juego.

Las células madre y su clasificación. Las células madre son células que pueden dar lugar a otras células. También se les llama “troncales”, que es la traducción del término sajón “stem”. Las células madre son células inmaduras o indiferenciadas que se caracterizan fundamentalmente por: • • •

Su capacidad o potencialidad para diferenciarse en otros tipos de células. Pueden autorenovarse, es decir, dividirse y hacer copias de sí mismas. Pueden colonizar, integrarse y originar nuevos tejidos.

No todos las células son iguales, se diferencian por el origen de su obtención, pero sobre todo por su capacidad de diferenciarse en otras. De esta forma se clasifican de mayor a menor capacidad en totipotenciales, pluripotenciales y mutipotenciales. a.

Célula madre totipotencial: es la que puede dar lugar a todo tipo de células del organismo, incluso a las células placentarias. Solo el cigoto u óvulo fecundado y los primeros estadios del embrión (cuando se denomina mórula) son células madre totipotenciales.

b. Célula madre pluripotencial: se trata de células que pueden diferenciarse en todos los tipos celulares del organismo, pero no en células placentarias. Se considera que pueden dar lugar a las células de las tres capas embrionarias que se denominan endodermo, mesodermo y ectodermo, de lo que se derivarán todos los tejidos y órganos. c.

Célula madre multipotencial: pueden dar lugar a diferentes tipos celulares, pero normalmente de una hoja embrionaria (ectodermo, mesodermo o endodermo), es decir, de un sistema fisiológico, órgano o tejido concreto. Por ejemplo, las células madre sanguíneas o hematopoyéticas pueden dar muchos tipos de células, pero específicamente originarán todos los tipos celulares que origina la sangre.

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Fig. 35. Las células madre sanguíneas originan a todas las células de la sangre.

Las células madre embrionarias se obtienen de embriones sobrantes tras la fertilización in vitro en las clínicas de reproducción humana, como puedes observar en la fig. 36. 36.

Fig. 36. Los investigadores esperan desarrollar un ensayo clínico para probar la capacidad ampliada de cultivar células madre humanas con fines terapéuticos.

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Las células madre adulta se obtienen de diferentes tejidos. Se han aislado más de 20 tipos distintos de células madre adultas como las de la médula ósea, la sangre periférica, la piel, el cerebro, el corazón, el pulmón, el páncreas, el cartílago, el músculo esquelético, entre otros. También se han aislado de la placenta, el líquido amniótico y, sobre todo de la sangre del cordón umbilical.

Fig. Fig. 37. La sangre del cordón umbilical sólo puede recolectarse al nacer por lo que es extraída inmediatamente que la madre da a luz, y es criopreservada hasta su posterior utilización. Esta sangre es extraída y es colocada en un estuche especial que contiene anticoagulante, donde puede conservarse a temperatura de ambiente, sin necesidad de refrigeración hasta por 24 horas garantizando que el 80% de la muestra permanezca en óptimo estado. En este tiempo la muestra debe ser procesada para separar las células madre madre y agregarles una sustancia crioprotectora a fin de evitar que la muestra se destruya en su posterior congelación a 196 o C usando nitrógeno líquido.

Aplicaciones de las células madre de tipo sanguíneo. Las células madre sanguíneas se emplean en el tratamiento curativo de diferentes enfermedades hematológicas malignas y no malignas. Se han utilizado con éxito en enfermedades como: • • • • • • • •

Leucemias. Linfomas. Neuroblastoma. Mieloma múltiple. Talasemia. Anemia de células falciformes. Alteraciones congénitas del metabolismo. Inmunodeficiencias.

Medicina regenerativa. La medicina regenerativa es el conjunto de intervenciones médicas que intentan reparar los tejidos y órganos dañados por la enfermedad o la edad mediante células madre. Hay cerca de dos mil ensayos clínicos que tratan de demostrar la bondad del tratamiento con células madre para múltiples afecciones: Enfermedades del sistema nervioso central como el ictus isquémico, el Parkinson, el Alzheimer, la parálisis cerebral o los traumatismos de la columna vertebral; diferentes canceres como el de mama, próstata, ovario, pulmón, etc.; procesos metabólicos o degenerativos como la diabetes, la insuficiencia hepática, la artritis, el lupus, las miopatías o la vasculitis. Las células madre también se han ensayado en el infarto de miocardio y se cree que pueden ser útiles en la medicina plástica y estética. En la figura numero podemos observar un esquema de la realización de una transferencia de células madre, mientras que en la figura presenta un ejemplo de la aplicación de las células madre. BLOQUE 2

Fig. 38. Bases del tratamiento con con células madre en medicina regenerativa.

Fig. 39. 39. Bases del trasplante trasplante de células madre en el tratamiento del cáncer.

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Actividad: 4 Reúnete en equipo de cuatro personas para que contestes las siguientes preguntas en base del planteamiento que aparece a continuación. Investiga en diferentes libros o sitios de internet. Responde de manera breve y concisa. Distintos tipos celulares derivan de ancestros celulares comunes: 1.

¿Cómo es posibles que a partir de una única célula, mediante mecanismos de división celular que normalmente dan lugar a células idénticas, se produzcan células tan diferentes como las de la sangre y el músculo? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2. ¿Qué mecanismos controlan el proceso que permite que las células se diferencien? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

BLOQUE 2

Actividad: 4 (continuación) 3.

¿Por qué se dice que la diferenciación celular es una consecuencia de la expresión diferencial de genes?

__________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________

Actividad: 4 Conceptual Diferencia las distintas fases de la diferenciación celular.

Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Relata los procesos básicos que rigen la manera de cómo se organizan los tejidos fundamentales en los órganos. C

Justifica las diferencias funcionales y estructurales que permiten clasificar los diferentes tejidos fundamentales.

Calificación otorgada por el docente

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Cierre Actividad: 5 De acuerdo a la información obtenida en este bloque realiza los siguientes ejercicios. En la primera parte un ensayo, mientras que en la parte dos contestarás un cuestionario. Si tienes alguna duda sobre lo qué es el ensayo, pregúntale a tu profesor (a). I.

Analiza el siguiente mapa conceptual para posteriormente realizar un ensayo de al menos media cuartilla en donde consideres la información contenida en el mismo.

II.

De acuerdo a los temas considerados en esta secuencia didáctica y a las explicaciones de tu profesor (a), responde de manera breve y precisa las siguientes cuestiones:

1. ¿Qué son las células madre? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 2. ¿Cuándo la ciencia tiene conocimiento de la sangre proveniente del cordón umbilical? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________

BLOQUE 2

Actividad: 5 (continuación) 3. ¿En qué procedimientos se utilizan las células madre? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4. ¿Por qué el cordón umbilical es la fuente principal de células madre? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

Actividad: 5 Conceptual Comprender las principales teorías propuestas en el tema.

Autoevaluación

Evaluación Producto: Ensayo y cuestionario. Saberes Procedimental Explica los distintos procesos que implica el proceso de diferenciación celular. C

Puntaje: Actitudinal Argumenta la forma en que se autorganiza la materia hasta generar un nuevo individuo.

Calificación otorgada por el docente

ANALIZA LOS PROCESOS CELULARES

Argumenta las aplicaciones de la biología molecular.

Unidad de competencia: • •

•

Comprende las aplicaciones de la biología molecular en el campo de la inmunología. Describe los procesos inmunológicos como respuesta inmune y otras defensas y los relaciona con su experiencia personal o familiar. Valora los avances de la biología molecular relacionados con los grupos sanguíneos, vacunas y trasplantes en la atención y prevención de enfermedades.

Competencias disciplinares extendidas: • • • •

Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos. Aplica medidas de seguridad para prevenir accidentes en su entorno y/o para enfrentar desastres naturales que afectan su vida cotidiana.

Atributos a desarrollar en el bloque: 1.

2. 3. 4. 5.

Utiliza fuentes de información, herramientas, equipos especializados y/o tecnologías de información y comunicación (TIC): En la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico, para explicar y adquirir nuevos conocimientos. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos del desarrollo de la inmunología y las aplicaciones tecnológicas en la solución de problemas relacionados con la biología molecular. Aplica medidas de seguridad para prevenir accidentes de su entorno y/o para enfrentar desastres naturales que afectan su vida cotidiana. Aplica normas de seguridad para disminuir riesgos y daños a sí mismo y a la naturaleza, en el uso y manejo de sustancias, instrumentos y equipos de cualquier contexto.

Tiempo asignado: 6 horas

Secuencia didáctica1.

Inmunología. Inicio Actividad: 1 Menciona algunas frases que expresen tu conocimiento sobre los siguientes conceptos, así como también los descubrimientos y/o aportaciones de los investigadores que aparecen en la parte inferior, posteriormente comenta el ejercicio con tus compañeros: Anton Van Leewenhoeck ____________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Edward Jenner ____________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Louis Pasteur______________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Contagio__________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Infección__________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Microorganismo____________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Sistema inmunológico______________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________

Actividad: 1 Conceptual Identifica a los personajes relacionados con la inmunología. Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuestionario. Puntaje: Saberes Procedimental Actitudinal Demuestra sus conocimientos Argumenta sobre la intervención sobre conceptos básicos de de diferentes personajes en el inmunología. desarrollo de la inmunología. C MC NC Calificación otorgada por el docente

ARGUMENTA LAS APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Desarrollo Antecedentes de la inmunología. La humanidad siempre ha sido afectada por enfermedades que, en forma de epidemias han diezmado a comunidades enteras. En el pasado las enfermedades y las epidemias eran consideradas como maleficios o como castigos divinos. Esta idea fue enérgicamente rechazada por Hipócrates, el famoso médico griego nacido en el año 450 a.C., quien sostuvo que las enfermedades eran ocasionadas por factores tales como el clima (el frío, el calor o los vientos), el agua, la tierra, la comida y los hábitos de vida de los individuos. Se sabía que una enfermedad podía transmitirse de una persona a otra cuando convivían en estrecha proximidad o cuando hacían uso indiscriminado de utensilios o ropa personal. Así nació el concepto de contagio y la idea de que las enfermedades podían ser causadas por microbios, organismos invisibles al ojo humano. El descubrimiento de algunos de los gérmenes causantes de enfermedad fue la aportación a la medicina de los primeros descubridores de microbios como: Hans Armauer Hansen, quién descubrió del bacilo de la lepra (1873) y Robert Koch, descubridor del bacilo de la tuberculosis (1882). Esto sólo fue posible gracias a que ya se contaba con el microscopio de Leewenhoeck.

Nacimiento de la inmunologia.

Fig. 1. Louis Pasteur (1822-1895), creó en el laboratorio nuevas vacunas y bacterias atenuadas, para inducir inmunidad activa.

La inmunología, como todas las ciencias, se fue gestando poco a poco a partir de situaciones cotidianas que sugerían alguna forma de excepción. Recordemos que en sus inicios, el término inmunidad, se usaba más bien para describir el privilegio que tenían algunas personas (de la realeza, del gobierno, de la burguesía o del clero) de poder cumplir ciertas obligaciones sociales. Por otro lado el significado biológico de la inmunidad, que también denota un estado de excepción, se empezó a utilizar para señalar la resistencia innata o adquirida de los individuos al desarrollo de enfermedades infecciosas, en primera instancia.

Fig. 2. Edward Jenner inmunizó James Phipps en mayo de 1796 contra viruela usando pústula de vacuna de una vaca, iniciando así la inmunología.

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Si delimitamos períodos históricos en el desarrollo de la inmunología, debemos mencionar cómo y cuándo se originó; así, el estudio de la inmunología inició en 1796, cuando Edward Jenner vacunó contra la viruela a James Phipps, empleando material de pústulas de vacuna del ganado vacuno, lesiones similares a las de la viruela humana, setenta y cinco años más tarde, Pasteur empleó por primera vez los términos inmunidad y vacunación al desarrollar una vacuna contra la rabia. Los hallazgos que posteriormente se han efectuado en forma creciente y con periodos de tiempo cada vez más cortos marcan verdaderos hitos en el conocimiento inmunológico. Entre estos descubrimientos cabe señalar la identificación de las inmunoglobulinas y de los diversos linfocitos, el descubrimiento de los antígenos, entre muchos otros.

Actividad: 2 En la parte inferior aparece un retrato de Lady Mary Wortley Montagu (1698-1762), realiza una investigación en la que destaques quién fué este personaje y qué aportaciones hizo al desarrollo de la inmunología. Presenta un reporte a tu profesor (a).

Actividad: 2 Conceptual Analiza la aportación del personaje en mención. Autoevaluación

Evaluación Producto: Reporte de investigación. Saberes Procedimental Revisa los aspectos principales de la intervención del personaje. C

Puntaje: Actitudinal Interpreta la intervención del personaje en los avances de la inmunología.

Calificación otorgada por el docente

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Pioneros de la inmunología. En la tabla que aparece en la parte inferior se presenta un listado de nombres de pioneros de la inmunología; además de ellos, hubo otros investigadores que por sus importantes aportaciones ocupan ahora un lugar prominente dentro de los protagonistas de la historia de la inmunología. Año 1796 1880 1884 1890 1890 1898 1901 1902 1903 1908 1940 1960

Personaje y aportación Edward Jenner: protección contra la viruela. Louis Pasteur: atenuación de la virulencia de los organismos; vacunas contra el cólera de las aves, el ántrax y la rabia. Elie Metchnikoff: fagocitosis e inmunidad celular. Emil von Behring: anticuerpos e inmunidad celular. Robert Koch: Mycobacterium tuberculosis; hipersensibilidad tardía. Jules Bordet: actividad lítica del suero inmune: alexina. Karl Landsteiner: grupos sanguíneos, sistema ABO. Charles Richet y Paul Portier: anafilaxia. Almroth Wright: opsoninas y opsonización. Paul Ehrlich: teoría de la producción de anticuerpos. Karl Landsteiner: grupos sanguíneos, sistema Rh. Mac Farland Burnet y Peter Madawar: autoreconocimiento.

Actividad: 3 Lee el tema “Sistema inmunitario” y elabora un cuadro sinóptico, en el que incluyas la definición, inicio de la inmunología, así como los nombres de los pioneros de la inmunología que consideres más importantes para el avance y desarrollo de la inmunología. Muestra el ejercicio a tu profesor(a) para que lo revise.

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Actividad: 3 (continuación)

Actividad: 3 Conceptual Integra sus conocimientos acerca del sistema inmunitario. Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuadro sinóptico. Saberes Procedimental Organiza la información comprendida. C

Puntaje: Actitudinal Compara las intervenciones de distintos personajes para argumentar el desarrollo de la inmunología.

Calificación otorgada por el docente

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Sistema inmunitario. Los mecanismos defensivos del cuerpo nos protegen frente a microorganismos causantes de enfermedad, células tisulares extrañas trasplantadas en nuestro cuerpo y células propias transformadas en malignas o cancerosas. El sistema de defensa específico del cuerpo se conoce como sistema inmunitario, que es el conjunto de células y moléculas que actúan conjunta y coordinadamente para defender el organismo de dos tipos de agresiones: a) Agresiones externas son causadas por microorganismos. b) Agresiones internas son provocadas por células o moléculas nocivas originadas por el envejecimiento, degeneración maligna, trauma o procesos metabólicos. El sistema inmunitario no es sencillamente un grupo de órganos que funcionan juntos, sino que se trata de un grupo de miles de millones de células y billones de moléculas en muchas regiones distintas del organismo. El sistema inmune es esencial para la vida y le permite a los seres vivos preservar su identidad e integridad. Un individuo normal alberga en su piel y en las mucosa del tracto gastrointestinal y respiratorio unas 600 especies de microorganismos en tal cantidad, que en peso puede superar los 1.250 g, casi equivalente al del hígado. Un 80%, 1.000 g, están en el intestino; 20 g en la boca; otro tanto en la vagina y 200 g en la piel. De no ser por el sistema inmune, muchos de estos microorganismos podrían invadir los tejidos causando enfermedad y muerte. Para sobrevivir un organismo necesita reconocer moléculas, distinguir si son propias o extrañas, a fin de aceptar las primeras y rechazar las segundas. Gracias a este mecanismo, los microorganismos y las células malignas son reconocidos como extraños y rechazados.

Fig. 3. Los cuatro tipos de patógenos que causan enfermedades humanas.

Tipos de inmunidad: Inmunidad innata e inmunidad adquirida. Vivimos en un mundo potencialmente hostil, colmado por un número sorprendente de agentes infecciosos, como se observa en la figura 3, de formas, tamaños, composición y agresividades diversas, que, sin duda nos utilizarían como refugios si no hubiéramos desarrollado un conjunto de mecanismos de defensa. Estos mecanismos son, al menos, igualmente eficaces e ingeniosos (con la excepción de muchas infecciones parasitarias) y pueden establecer un estado de inmunidad contra la infección. El funcionamiento de esos mecanismos es la base de la Inmunología. Varias de las células del sistema inmune y de las moléculas producidas por ellas, mantienen una permanente vigilancia para detectar lo extraño, atacarlo y tratar de destruirlo (figura 4).

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La capacidad de un individuo para mantenerse libre de infección depende tanto de su resistencia natural o inmunidad innata como de la resistencia que pueda desarrollar o adquirir durante su vida (inmunidad adquirida), es decir, no requiere del contacto previo con el agente infectante y en este sentido funciona de manera natural. La inmunidad adquirida, en cambio, sólo se genera después del contacto con el agente y es específica para el mismo. Los determinantes de la inmunidad innata o natural incluyen factores genéticos, raciales, hormonales, celulares y humorales, además de otros factores como la edad y las barreras de protección mecánica.

Inmunidad innata o natural. Límite exterior del organismo El límite exterior de nuestro cuerpo suele ser una barrera efectiva para detener los microorganismos patógenos antes de que el sistema inmune entre en acción. Esta barrera está compuesta por: a) Piel: Está queratinizada y contiene microorganismos comensales que impiden el crecimiento de patógenos. Además, las glándulas sebáceas secretan sustancias (Ag) que tienen acción bactericida. b) Lisozima: Hidroliza la pared celular de las bacterias. c) Moco de los epitelios de recubrimiento externo: Bloquea el paso de los microorganismos. d) Tapizado ciliar de la tráquea: Arrastra a los microorganismos. e) pH ácido de la vagina, estómago y la piel. f) Espermicida. g) Gérmenes comensales de la piel, estómago y vagina: que ocupan un nicho ecológico. Los quemados pierden su primera barrera de protección siendo más susceptibles a padecer infecciones. La inmunidad innata o natural se ejerce contra todos los microorganismos patógenos desde el primer contacto con ellos.

Fig. 4. La imagen nos representa las células que participan en la inmunidad innata y sus funciones.

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La respuesta innata se lleva a cabo por células como fagocitos y células agresoras naturales o natural killer (NK) y por factores solubles (proteínas). Los fagocitos como los monocitos/ macrófagos, neutrófilos, reconocen inespecíficamente los microorganismos, los ingieren y los destruyen. Las células NK son capaces de reconocer y destruir (inespecíficamente) células del huésped infectadas por virus así como determinadas células tumorales.

Fig. 5. Neutrófilos que ingieren mediante fagocitosis bacterias del ántrax.

Fig. 6. Una imagen al microscopio eléctrico de barrido de sangre humana normal circulante. Se pueden ver glóbulos rojos, varios glóbulos blancos incluyendo linfocitos, un monocito, un neutrófilo y muchas plaquetas en forma de disco.

Fig. 7. Una célula NK, atacando a una célula cancerosa.

Fig. 8. Macrófago englobando bacterias.

Inmunidad adquirida. Si no se logra controlar al agresor mediante la inmunidad innata, el sistema inicia una serie de procesos adicionales conocidos como inmunidad adquirida que requieren, ante el primer contacto con un agente extraño, de 7 a 10 días para actuar y por medio de los cuales produce anticuerpos (compuestos glicoproteicos presentes en el cuerpo) inmunidad humoral fig.9 , o células con capacidad de destruir un agente patógeno específico aisladamente o dentro de la célula dentro de la cual se ha ocultado, proceso que se conoce como inmunidad celular . A los anticuerpos producidos en la inmunidad adquirida, también se les llama inmunoglobulinas y poseen la forma de “Y”, para cada anticuerpo hay un antígeno (cualquier sustancia que al ingresar a un organismo genera una respuesta inmune específica) como puedes observar en la figura 9.

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Existen cinco clases de inmunoglobulinas en el humano, al igual que los demás mamíferos, denominadas: Ig G, Ig A, Ig M, Ig D e Ig E. Este proceso de inmunidad adquirida guarda memoria del encuentro con el microorganismo agresor y de los procesos de defensa contra él, lo que permite actuar de inmediato y en forma más amplia ante un nuevo encuentro con el mismo agresor. La inmunidad adquirida puede obtenerse de dos formas: • •

Activa: por infección natural, por ejemplo en el caso de la inmunidad materno-fetal, donde los anticuerpos producidos por la madre atraviesan la barrera placentaria y se vierten a la circulación fetal. Pasiva: por tratamiento con antisueros o sueros inmunes

Otra división de inmunidad adquirida, es: • •

Inmunidad humoral: es la inmunidad que se transfiere mediante el plasma o suero de la sangre (Anticuerpos). Inmunidad celular: es la inmunidad que se transfiere mediante células de la sangre, timo, bazo, ganglios linfáticos, etc.

Fig. 9. Los anticuerpos proporcionan inmunidad humoral mediante la unión de antígenos específicos para formar complejos antígeno-anticuerpo. Los complejos inactivan o matan a las células invasoras.

Fig. 10. Tipos de respuesta inmune y clases de inmunidad.

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Células del sistema inmune. Las células que intervienen en los diferentes procesos inmunológicos, son: • • • • • • • • • • • • •

Polimorfonucleares neutrófilos (PMN) Monocitos y macrófagos Basófilos y mastocitos Eosinófilos Células dendríticas Células dendríticas foliculares Células asesinas naturales (NK) Linfocitos Células endoteliales Fibroblastos Plaquetas Células epiteliales Eritrocitos

Fig. 10. Órganos que producen células del sistema inmunológico.

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En el siguiente esquema inmunológico.

se observa el origen

y los diversos tipos de células que forman parte del sistema

Fig.12. Células que participan en los procesos de inmunidad.

Sistema inmune y enfermedad. La comprensión de los mecanismos básicos de la inmunidad ha permitido avanzar en el conocimiento de una serie de entidades cuya fisiopatología era hasta hace años oscura, como la alergia y las enfermedades autoinmunes; desarrollar nuevos procedimientos y técnicas de diagnóstico; iniciar procedimientos de inmunoterapia para el control de muchas enfermedades. Facilitar el trasplante de órganos, y entender cómo las inmunodeficiencias congénitas o adquiridas dificultan una defensa adecuada contra agentes patógenos, figura 13. El conocimiento acumulado sobre cómo funciona el sistema inmune ha permitido el trasplante de órganos con lo cual se ha abierto una nueva era en el campo de la terapéutica de muchas enfermedades con lo cual se han salvado muchas vidas.

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Fig. 13. Normalmente el sistema inmune reconoce lo extraño y lo ataca en un mecanismo de defensa. Si es inmunodeficiente de forma adquirida o congénita, no logra destruir al agresor. Respeta lo propio, lo tolera, si lo ataca da origen a enfermedades autoinmunes.

El conocimiento acumulado sobre cómo funciona el sistema inmune ha permitido el trasplante de órganos con lo cual se ha abierto una nueva era en el campo de la terapéutica de muchas enfermedades con lo cual se han salvado muchas vidas.

Actividad: 4 En equipo realiza los ejercicios que aparecen abajo, posteriormente comenta en el grupo los resultados.

Relaciona las siguientes características con el tipo de inmunidad, según corresponda. IN para inmunidad inmunidad innata natural y IA para inmunidad adquirida. Muestra el ejercicio a tu profesor. 1. _____Se adquiere después de superar una infección. 2. _____Los anticuerpos los produce otro mamífero diferente. 3. _____Los anticuerpos que proporcionan la inmunidad, los proporciona la madre a través de la placenta. 4. _____Mediante vacunas. 5. _____Por la presentación de una enfermedad en la infancia.

Investiguen qué funciones realizan las siguientes células del sistema inmunitario: 1. Fagocitos: a. Neutrófilos_______________________________________________ b. Monocitos_______________________________________________ c.

Macrófagos______________________________________________

2. Linfocitos: a. Linfocitos T______________________________________________ b. Linfocitos B______________________________________________

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Actividad: 4 (continuación) Investiga en qué consisten las siguientes enfermedades relacionadas con el sistema inmunitario:

a. Inmunodeficiencia______________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ b. Inmunopatología_______________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________

Enfermedades autoinmunes ____________________________________________________________________

Actividad: 4 Conceptual Distingue las células del sistema inmunitario. Coevaluación

Evaluación Producto: Reporte de investigación. Saberes Procedimental Explica cómo se llevan a cabo las enfermedades inmunológicas. C

Puntaje: Actitudinal Confirma la importancia sobre el buen funcionamiento del sistema inmune.

Calificación otorgada por el docente

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Cierre Actividad: 5 Selecciona fuentes adecuadas de información para responder el siguiente ejercicio. Investiga ejemplos de las líneas de defensa de inmunidad innata y de inmunidad adquirida para completar el siguiente cuadro, revisa el ejemplo para su llenado.

Inmunidad innata Primera Primera línea de defensa Piel intacta

Inmunidad adquirida

Segunda línea de defensa Inflamación

Tercera línea de defensa Linfocitos T y Linfocitos B

Relaciona las siguientes características con el tipo de inmunidad, según corresponda. IN para inmunidad innata natural y IA para inmunidad adquirida. Muestra el ejercicio a tu profesor. 1. _____Se adquiere después de superar una infección. 2. _____Los anticuerpos los produce otro mamífero diferente. 3. _____Los anticuerpos que proporcionan la inmunidad, los proporciona la madre a través de la placenta. 4. _____Mediante vacunas. 5. _____Por la presentación de una enfermedad en la infancia. 6. _____Hepatitis. 7. _____Inflamación por golpe en un brazo. 8. _____Leche materna. 9. _____Reacción que se desencadena por polvo en las fosas nasales. 10. _____Infección estomacal.

Actividad: 4 Conceptual Pronuncia los diversos tipos de inmunidad. Coevaluación

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Evaluación Producto: Cuadro comparativo y relación de características. Saberes Procedimental Señala a los diferentes tipos de inmunidad. C

Puntaje: Actitudinal Argumenta sobre los ejemplos de inmunidad.

Calificación otorgada por el docente

Secuencia didáctica 2. La inmunología y su relación con la biología molecular. Inicio Actividad: 1 Menciona unas frases que expresen tu conocimiento sobre los siguientes conceptos, enseguida comenta el ejercicio con tus compañeros:

Biología molecular: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Inmunidad: _______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Agente patógeno: _________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Bacteria:__________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Anticuerpo: _______________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Antígeno:_________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Vacuna:___________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Trasplante:________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________

Actividad: 1 Conceptual Cita sus ideas acerca de los conceptos. Autoevaluación

Evaluación Producto: Cuestionario/glosario. Saberes Procedimental Demuestra sus conocimientos algunos conceptos inmunológicos. C

Puntaje: Actitudinal Crea definiciones en base a sus conocimientos previos.

Calificación otorgada por el docente

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Desarrollo La biología molecular nace formalmente en 1953, con la publicación del modelo estructural del ácido desoxirribonucleico, ADN, propuesto por James Watson, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin y Francis Crick. En ese entonces, también se fraguaba el concepto de que la biología obedecía a fenómenos físicos y químicos cuantificables; esto es, que la biología no era meramente una disciplina descriptiva, sino también cuantitativa. La biología molecular nace, así mismo, de la bioquímica. La bioquímica, en sí, se gestó dentro del pensamiento cuantitativo, particularmente con la visión de que la vida se podía explicar a partir de una serie de reacciones químicas, catalizadas por enzimas. Así se construyeron los grandes esquemas de las vías metabólicas, que incluyen, entre muchos otros, el ciclo de Krebs, el ciclo de la urea, la cadena respiratoria, la biosíntesis de ácidos grasos, de las hormonas, de las vitaminas y la fotosíntesis. En términos de las vías metabólicas, las preguntas fundamentales eran sobre los mecanismos que las controlaban, lo que eventualmente resultó en el estudio del control de síntesis de enzimas, catalizadores químicos de cada reacción de estas vías. Se determinó que el ADN controla el fenotipo y es la sustancia química que controla a los genes, el ADN constituye el genotipo. En esencia, la biología molecular busca entender la vida a través de los complejos mecanismos por los cuales el ADN codifica y expresa las proteínas adecuadas, en las cantidades adecuadas en los tipos celulares apropiados que determinan un fenotipo. La biología molecular provee una visión sobre como conceptualizar un fenómeno biológico, y esta visión ahora se ha extendido al estudio no sólo de genes individuales, sino a la mejor comprensión de la organización de todo el conjunto de genes de un organismo o genoma, al estudio de sus variaciones y a las interacciones entre todos los componentes del genoma. En la actualidad, la biología molecular es de importancia central para el mejor entendimiento de las interacciones que ocurren en poblaciones de organismos, ya sea entre ellos o con el ambiente que les rodea, o ambos.

Fig. 14. Aspectos considerados por la Bilogía molecular.

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La Biología molecular en la inmunología. Quizás el área médica donde mayor aplicabilidad ha encontrado la biología molecular ha sido en el área de diagnóstico de enfermedades. Como consecuencia lógica, el impacto más importante ha sido en la caracterización y determinación de las bases moleculares de las enfermedades de origen genético. Sin embargo, el uso de técnicas de Biología molecular en el diagnóstico de enfermedades infecciosas e inmunológicas están siendo aplicadas con bastante aceptación por los médicos, en la medida que se conozca mejor la genética de los microorganismos involucrados en la enfermedad será mayor la validación de los diagnósticos. Uno de los avances significativos a nivel mundial, incluyendo a México es la utilización de la biología molecular en laboratorios clínicos con la utilización de las técnicas en los procesos de análisis que permiten observar ácidos ribonucléicos, secuencias específicas y patógenas como los virus y los parásitos.

Fig. 15. Una técnica de la biología molecular, son los procesos de cultivos biológicos.

Los métodos convencionales utilizados son los denominados procesos de cultivo. En éstos la muestra (sangre u orina) se coloca en un medio en el que los organismos patógenos puedan proliferar y es aquí en lo que la biología molecular se diferencia y es mejorada porque no todas las bacterias son cultivables. La identificación de organismos patógenos, clásicamente está fundamentada en el estudio de características fenotípicas. Los microorganismos asociados a una enfermedad son distinguidos por medio de tinción y observación bajo el microscopio, cultivo, características bioquímicas o de crecimiento de reactividad inmunológica mediante el reconocimiento de anticuerpos. Sin embargo, la mayoría de las técnicas no siempre están disponibles y consumen mucho tiempo antes de obtener un resultado, o presentan bajos niveles de sensibilidad o especificidad. Con el tiempo, muchos de estos métodos serán complementados o sustituidos por el análisis de las características genotípicas. Las estrategias diagnósticas usando técnicas de biología molecular en enfermedades infecciosas pueden ser resumidas de la siguiente manera: A. Amplificación del ADN del organismo patógeno (PCR, LCR, etc.) B. Hibridación (Southern blots, dot blots, sondas moleculares, etc.) C. Hibridación “in situ” con sondas moleculares (ADN o ARN) o amplificación de ADN “in situ”.

Aplicaciones de la biología molecular en México y el mundo. La biología molecular ha servido para prevenir enfermedades, como lo es en el caso de la vacunación y también para detener el avance de otras enfermedades, para identificarlas o diagnosticarlas. La diversidad de alteraciones inmunológicas que se observan en algunos pacientes y los avances tecnológicos efectuados en las dos últimas décadas en la biología molecular, han hecho que ésta última forme parte de la metodología que se usa en los laboratorios de rutina inmunológica en el diagnóstico de diversas enfermedades inmunológicas. La presencia de anticuerpos en los pacientes, es algo extraordinario en la naturaleza, pues si bien éstos pueden llegar a producir enfermedades, los antisueros de los pacientes, son usados por el médico investigador en el estudio de la composición celular, en ciertas funciones biológicas que se realizan fuera y dentro de la célula y en el mecanismo molecular involucrado en la producción de la enfermedad.

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Las vacunas: Una gran aplicación de la biología molecular a nivel mundial.

La estimulación deliberada de una respuesta inmunitaria por inmunización, o sea, por vacunación, ha obtenido un gran éxito en los dos siglos transcurridos tras el experimento pionero de Jenner. Los programas de inmunización masiva han llevado a la casi total erradicación de muchas enfermedades que estaban asociadas a una morbilidad y mortalidad considerables, en la figura que aparece a continuación observamos el esquema de vacunas aplicadas en México. Fig. 16. Cartilla nacional de vacunación.

La inmunización se considera tan segura e importante que en la mayor parte del mundo es obligatorio vacunarse contra siete enfermedades comunes en la infancia.

¿Qué son las vacunas? Las vacunas son preparaciones de un agente infeccioso, o algún componente o productos tóxicos de él, que no son capaces de causar enfermedad ni daños en el organismo. Al ser administradas, las vacunas producen una respuesta inmune primaria que deja a la población de linfocitos de memoria activados como una respuesta activa contra ese antígeno. Las vacunas tienen dos componentes fundamentales:

Antígenos: Los antígenos son moléculas (generalmente una proteína o un polisacárido) que estimulan el sistema inmune induciéndolo a la formación de anticuerpos, para que este pueda reconocer al agente infeccioso.

Fig. 17. Composición físico-química de los antígenos.

Cada antígeno está definido por un anticuerpo, los cuales interactúan entre sí; la zona donde el antígeno se une al anticuerpo se llama epítopo o determinante antigénico, mientras que el área correspondiente al anticuerpo es el paratopo.

Subyacente: Es la fracción que modera la liberación del antígeno para optimizar la respuesta, también actúa captando células del sistema inmune reforzando el efecto. Son ejemplos: las soluciones de hidróxido de aluminio y aceites minerales.

Fig. 18. Vacunación en niños.

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Actividad: 2 Después de leer y comprender el tema de vacunas, utiliza las palabras que aparecen en el recuadro inferior para completar el siguiente texto: Las vacunas Las vacunas son una de las medidas más eficaces en la prevención de importantes enfermedades que afectan a todos los ciudadanos, con especial repercusión en la infancia y adolescencia. Las vacunas son preparadas con poder_______________ para desarrollar una respuesta inmunitaria________________, con un mínimo de reacciones adversas generales, en el sujeto al que se le administran. Cuando se sufre una enfermedad infecciosa se adquiere inmunidad_________________ de un modo espontáneo mientras que con el empleo de las vacunas se adquiere una inmunidad similar de un modo_____________. La __________________, o administración de vacunas, se utiliza para prevenir a largo plazo las enfermedades________________. Produce una inmunidad que, a diferencia de la pasiva, conferida por la administración de ________________, es de aparición tardía, intensa y___________________. Activa, Activa, antigénico, antigénico, artificial, artificial, duradera, duradera, específica, específica, gammaglobulinas, gammaglobulinas, infecciosas, infecciosas, vacunación. vacunación.

Actividad: 2 Conceptual Enuncia conceptos sobre lo que es la inmunidad. Autoevaluación

Evaluación Producto: Texto. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Demuestra sus conocimientos sobre conceptos básicos de inmunología. C

Se percata de la importancia de la vacunación en los individuos.

Calificación otorgada por el docente

Trasplantes. Uno de los grandes aportes de la inmunología a la medicina moderna ha tenido lugar en el terreno de trasplante de órganos y tejidos, que cobra cada vez más importancia. En la década de los cincuentas quedó bien establecido que el rechazo de cualquier órgano posee bases inmunológicas. Un trasplante o injerto es la transferencia de células vivas, órganos o tejidos de un organismo a otro. En algunos casos esta acción sirve para salvar la vida, en otros casos para mejorar su calidad de vida, o ambas cosas. Los tipos de trasplantes se clasifican según la relación donantereceptor. 1. Autotrasplante: es cuando el donador y el receptor son el mismo (en tejidos como la piel, tejidos, vasos sanguíneos y médula ósea). 2. Isotrasplante: es cuando el donador y el receptor son gemelos idénticos (individuos genéticamente iguales y se evita cualquier problema de rechazo).

Fig. 19. Los trasplantes más requeridos son de córnea, riñón, corazón, entre otros.

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3. Alotrasplante u homotrasplante: es cuando el donador y el receptor son individuos de la misma especie pero genéticamente distintos (células, tejidos y órganos entre los humanos). 4. Xenlotrasplante o heyerotrasplante: es cuando el donador y el receptor son de especies distintas (ejemplo de esto es la utilización de válvulas porcinas en humanos).

Fig. 20 Estadística sobre trasplantes realizados en México, según el Registro Nacional de Trasplantes, año 2006.

En la actualidad en nuestro país aproximadamente 20,000 personas requieran de un trasplante de órgano y/o tejido. La cantidad de trasplantes realizados, en lo que va del año 2011, según datos del Registro Nacional de Trasplantes, son de 1420. Los trasplantes más solicitados en México son, en orden de mayor a menor, riñón, córnea, hígado y corazón.

Actividad: 3 Después de leer el tema de” trasplantes” realiza el siguiente ejercicio: Relaciona los términos de ambas columnas, colocando la letra que corresponda sobre las líneas de las opciones en la parte izquierda: 1. Autontrasplante

_____De una parte del cuerpo a la otra.

2. Isotrasplante

_____Entre miembros de especies diferentes

3. Alotrasplantes

_____Entre miembros de la misma especie.

4. Xenotrasplante

_____Entre dos individuos genéticamente idénticos.

Actividad: 3 Conceptual Diferencia el distinto tipo de trasplantes. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Cuadro comparativo. Saberes Procedimental Argumenta la importancia de la donación de órganos y tejidos. C

Puntaje: Actitudinal Valora la posibilidad de la donación de órganos.

Calificación otorgada por el docente

Autoinmunidad. Es aquella situación en la que el individuo desarrolla una respuesta inmunitaria en contra de sus propios constituyentes, la condición autoinmune se deduce más frecuentemente en función de la presencia de anticuerpos. No obstante la presencia de anticuerpos, por sí sola no es sinónimo de enfermedad; el uso de técnicas de detección de alta sensibilidad como el inmunoensayo enzimático (ELISA) y el radioinmunoensayo (RIA), han permitido descubrir que todos los individuos sanos portan en la sangre anticuerpos dirigidos contra antígenos propios, aunque en muy baja concentración. Esto sugiere que la autoinmunidad es un fenómeno fisiológico (normal) que sólo se manifiesta como enfermedad cuando se sobrepasan los mecanismos de regulación de la respuesta inmunitaria; todo esto gracias a los conocimientos de la biología molecular.

Proteinograma electroforético El proteinograma electroforético es una técnica sencilla de laboratorio que permite separar en 5 fracciones o grupos a las proteínas presentes en un determinado fluido biológico, como suero orina, saliva, etc., La técnica se basa en la separación electroforética de las distintas proteínas por medio de la separación electroforética de las distintas proteínas por medio de la aplicación de un campo eléctrico sobre un soporte de agarosa o acetato de celulosa. Una vez finalizada la corrida electroforética las bandas proteicas pueden ser visualizadas luego de la utilización de colorantes para proteínas. Las distintas fracciones que podemos encontrar son: albúmina, alfa 1 globulinas, alfa 2 globulinas, beta globulinas y gamma globulinas. • • • • •

Fig. 21. Respuesta inmunitaria en contra de las células del mismo organismo.

Albúmina: Es una proteína que se sintetiza en el hígado y es la de mayor concentración en el suero. Alfa-1: Dentro de esta fracción se encuentran numerosas proteínas entre las cuales podemos mencionar a la alfa-antitripsina Alfa- 2: Dentro de esta fracción podemos encontrar, se incluyen la haptoglobina y la proteína C reactiva. Beta: En esta fracción, podemos encontrar, entre otras, a la fibronectina y transferrina. Gama: En esta fracción se encuentran las inmunoglobulinas, las cuales pueden disminuir en ciertas inmonodeficiencias y aumentar en ciertos procesos de inflamación crónica (artritis reumatoidea, lupus eritematoso sistémico), infecciones y alergias.

Fig. 22. Electroforesis en acetato de celulosa. Registro de la velocidad de migración de diferentes fracciones proteicas.

ARGUMENTA LAS APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Actividad: 4 Para asegurar los resultados exactos en las pruebas de sangre que se le solicitan a un paciente, es esencial que se supervise el proceso de recolección de esa muestra, incluido el manejo de ésta. El diagnóstico del paciente y la atención médica se basan en los resultados de estas pruebas, por lo que, los estudios que se realizan en sangre han sido uno de los aciertos mayores en los que se apoya la biología molecular.

Considerando la toma de las muestras sanguíneas y en equipo de cuatro integrantes, realiza las investigaciones que te permitan resolver las siguientes cuestiones: I.

Contesta los siguientes planteamientos:

1. ¿A qué se le llama venopunción?__________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 2. De las venas que aparecen en el siguiente esquema, ¿cuál es la que debe ser elegida en primer término, para realizar una venopunción?__________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

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Actividad: 4 (continuación) 3.

¿Cuál es el paso más importante en la toma de muestra de sangre? Justifica tu respuesta.

4. Una de las razones más comunes de que no se obtenga sangre cuando se realiza una venopunción, es: __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 5. La aguja debe insertarse en el brazo del paciente con el bisel, hacia___________________________________ 6. ¿Cuál es el ángulo de inserción de la aguja apropiado para la flebotomía (toma de muestra)? __________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 7. Los sitios aceptados para la punción cutánea en los lactantes, son: __________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 8. Un anticoagulante es un aditivo colocado en los tubos al vacío con la finalidad de: __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________

ARGUMENTA LAS APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Actividad: 4 II.

Muestra, a través de un esquema, cómo se realiza el tipeo sanguíneo.

Actividad: 4 Conceptual Estima la importancia del estudio de la sangre como una herramienta de desarrollo de la biología molecular. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Cuestionario y esquema. Saberes Procedimental

Puntaje:

Actitudinal Adopta una nueva postura ante los beneficios que ha traído la biología molecular a la humanidad. Calificación otorgada por el docente

Afianza los conocimientos sobre las aportaciones de la biología molecular. C

ARGUMENTA LAS APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Comprende los principios básicos de la ingeniería genética y la terapia génica.

Competencias disciplinares extendidas: 1. 2. 3. 4. 5.

Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. Aplica los avances científicos y tecnológicos en el mejoramiento de las condiciones de su entorno social. Evalúa los factores y elementos de riesgo físico, químico y biológico presentes en la naturaleza que alteran la calidad de vida de una población para prevenir medidas preventivas. Analiza y aplica el conocimiento sobre la función de los nutrientes en los procesos metabólicos que se realizan en los seres vivos para mejorar su calidad de vida. Aplica medidas de seguridad para prevenir accidentes en su entorno y/o para enfrentar desastres naturales que afecten su vida cotidiana.

Unidad de competencia: • • •

Reconocer el impacto social, económico y ambiental de la ingeniería genética en el entorno, en México y en el mundo. Analiza las implicaciones bioéticas de esta nueva tecnología en los avances actuales. Valora las ventajas que tiene la terapia génica para evitar, curar o prevenir enfermedades.

Atributos a desarrollar en el bloque: 1.

2. 3.

Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo y avances de la ingeniería genética en su contexto, y la aplicación de la tecnología para dar solución a problemas de carácter génico. Evalúa las implicaciones bioéticas de la ingeniería genética. Aplica medidas de seguridad para prevenir accidentes de su entorno y/o para enfrentar desastres naturales que afecten su vida cotidiana.

Tiempo asignado: 12 horas

Secuencia didáctica 1. La ingeniería genética. Inicio Actividad: 1 De acuerdo a tus conocimientos previos sobre este tema, escribe algunas frases relacionadas con las palabras que aparecen a continuación. 1. Ácidos nucleicos __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 2. Genética __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 3. ADN recombinante __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 4. Ingeniería genética __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 5. Vector __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 6. Virus __________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ 7. Plásmido __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 8. Enzima __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 9. Organismo transgénico __________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Actividad: 1 Conceptual Enuncia conceptos, de acuerdo a conocimientos previos. Autoevaluación

Evaluación Producto: Diagnostico. Saberes Procedimental

Puntaje:

Asocia diferentes conceptos entre sí. C

Actitudinal Deduce la importancia del lenguaje involucrado en el tema de ingeniería genética.

Calificación otorgada por el docente

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

Desarrollo Conocer la estructura del ADN y cómo funciona ha creado muchas nuevas e interesantes posibilidades en el mundo de la biotecnología. Con toda probabilidad, la tecnología más importante que ha derivado del descubrimiento de Watson y Crick es la ingeniería genética. Los instrumentos de la ingeniería genética permiten la transferencia de genes de una especie a otra. Debido a que muchas especies no pueden cruzarse mutuamente ni intercambiar material genético, la ingeniería genética ha abierto la perspectiva de creación de especies nuevas. Estas tienen el potencial de ampliar el enfoque de la biotecnología en maneras que tendrán un importante impacto sobre la medicina, la agricultura y el medio ambiente. Por ejemplo: el primer uso comercial de la ingeniería genética fue el traslado del gen de la insulina humana a la bacteria de E. coli. Aunque los humanos y las bacterias comparten un ancestro común, sólo podrían cruzarse en los indómitos límites de la ciencia ficción. Con la ingeniería genética, una bacteria puede adquirir un gen humano y tratarlo como si fuera uno propio. En cierto sentido, no hay nada nuevo en esto; cada vez que uno se resfría adquiere genes víricos no deseables, pero el objetivo de la ingeniería genética es tener cierto control sobre el proceso de transferencia. La ingeniería genética siempre crea un nuevo organismo con un nuevo genoma, aunque la única diferencia suele radicar en un gen en comparación con su homólogo no modificado genéticamente, así, una bacteria de E. coli con un gen de insulina humana no parece ni remotamente humana, ni siquiera parece distinta de las bacterias normales. Algunas veces, la creación de un nuevo organismo es algo secundario y es el producto fabricado por el organismo lo que se convierte en objetivo del proceso. Este es el caso del ejemplo que ya se ha descrito.

Ingeniería genética. La ingeniería genética la desarrollaron, a principios de los setenta, Paul Berg, Herbert Boyer, de la Universidad de Stanford, y Stanley Cohen, de la Universidad de Berkeley, en California. Las patentes sobre tecnología han reportado a ambas universidades más de veinte millones de dólares en derechos desde que aparecieron en 1981. Este dinero proviene de las ventas a escala mundial de productos como la insulina humana o la vacuna frente a la hepatitis B, que se producen mediante ingeniería genética. La ingeniería genética es el conjunto de técnicas y métodos que se utilizan para construir moléculas de ADN recombinante, y luego introducirlas en las células receptoras. El proceso tiene dos fases principales: a.

La primera, es en tubo de ensayo. Consiste en la extracción de ADN de un organismo donante, y la construcción de una molécula portadora –un vector- que contiene el gen que interesa. b. La segunda fase consiste en introducir el vector (normalmente plásmidos o virus) en el organismo receptor.

Las técnicas de “recortar y pegar” ácidos nucleicos han ido perfeccionándose desde que en 1973 los genetistas Herbert Boyer y Stanley Cohen crearon el primer organismo transgénico en el laboratorio (insertando genes de un sapo africano en bacterias).

Herramientas usadas para la manipulación génica.

Enzimas de restricción.

En los procesos de la ingeniería genética son muy importantes las llamadas enzimas de restricción, producidas por varias bacterias. Estas enzimas tienen la capacidad de reconocer una secuencia determinada de nucleótidos y extraerla del resto de la cadena. La cadena, que se llama Restriction Fragmente Lenght Polymophism o RLPM, puede volver a colocarse con la ayuda de otra clase de enzimas, las ligasas. Análogamente, la enzimas de restricción se convierte en una “tijera de ADN”, y la ligasa en el “pegamento”. Por lo tanto, es posible quitar un gen de la cadena principal y en su lugar colocar otro.

BLOQUE 4

Vectores.

En el proceso de manipulación también son importantes los vectores: partes de ADN que se pueden autoreplicar con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un trozo específico de ADN, lo que proporciona una gran cantidad de material fiable con el que trabajar. El proceso de transformación de una porción de ADN en un vector se denomina clonación.

ADN Polimerasa. Polimerasa.

Otro método para la producción de réplicas de ADN descubierto recientemente es el de la utilización de la enzima ADN polimerasa. Dicho método consiste en una verdadera reacción en cadena, es más rápido, fácil de realizar, y económico que la técnica de vectores.

Procedimiento para la obtención de un individuo transgénico. Una vez identificado el organismo con el gen a transferir, los pasos a dar son los siguientes: • • • • •

Extracción de dicho gen. Colocación de dicho gen en un vector. Multiplicación (clonación) de dicho gen. Introducción en el ADN del organismo al que se quiere transferir. Obtención de un individuo completo (transgénico) con la nueva característica.

Uno de los vectores más usados en manipulación de plantas procede de una bacteria parásita, Agrobacterium tumefaciens, que infecta plantas, inyectándoles un plásmido que se integra en los cromosomas vegetales. De esta forma, consigue alterar el metabolismo vegetal en su propio beneficio. Los nuevos genes insertados no funcionarán, a menos que se inserte con ellos un promotor, una especie de “interruptor génico” para activarlos. El promotor que se usa más es un gen viral, procedente del virus del mosaico de la coliflor y lo encontramos en el 90 por ciento de los cultivos transgénicos. Son pasos en apariencia sencillos pero de gran complejidad experimental que han necesitado de la puesta a punto de numerosas técnicas auxiliares.

Fig. 1. La primera planta transgénica se desarrolló a partir de la planta del tabaco. Actualmente se han desarrollado plantas transgénicas de más de cuarenta especies.

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

En el esquema que aparece enseguida, podemos observar la transformación de una planta en la cual se utilizó a la bacteria Agrobacterium tumefaciens:

Fig. 2. Transformación de una planta mediante Agrobacterium tumefaciens.

A continuación se muestra nuevamente la técnica de la ingeniería genética con una aplicación en animales. Es la fabricación de la enzima quimosina, utilizada para hacer queso vegetariano, el primer producto proveniente de la ingeniería genética que probablemente ya hayas consumido. La fabricación del queso depende de la acción cuajante de la enzima quimosina sobre la leche, pero la quimosina se extrae de los estómagos de las terneras, lo que hace que este queso sea inaceptable por muchos vegetarianos. Fig. 3. Queso vegano.

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La ingeniería genética se usa para transferir genes de quimosina de ternera a levaduras, y así obtener un queso con las calidades tradicionales, sabiendo que las enzimas provienen de una fuente microbiana en vez de ser de origen animal. Figura 4.

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En primer lugar, se fabrica un segmento de ADN que codifica para la quimosina, bien por parte de las células, o por síntesis, en una “máquina de genes”.

Se prepara un vector plásmido (trozo de ADN que actúa como “lanzadera”) listo para que el gen de la quimosina se inserte en él. El apareamiento de bases entre el vector y el gen da lugar a un plásmido recombinante. Esta es la lanzadera que va a transportar el gen hacia el interior de su huésped bacteriano.

El huésped bacteriano y el plásmido recombinante se mezclan. Algunas, pero no todas las células, serán invadidas por el plásmido. Las únicas células de interés son las que contienen el plásmido recombinante, ya que sólo éstas han aceptado el gen de la quimosina. Estas células se seleccionan utilizando un “marcador” resistente a los antibióticos.

Las células huésped expresan el gen de la quimosina como si fuese suyo. El cultivo de células a gran escala producirá grandes cantidades de quimosina. Esta proteína recombinante es extraída de las células.

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

Actividad: 2 De acuerdo a la información que acabas de leer sobre las técnicas de la ingeniería genética, elabora un mapa mental, donde muestres un ejemplo hipotético de la aplicación de ésta disciplina. Coméntalo con tus compañeros en el grupo. Considera los siguientes aspectos: La ingeniería genética es una operación de “corte, pegado y copiado”: • • •

El gen transferido primero es retirado del ADN del organismo al que pertenece. El gen obtenido es “pegado” a una molécula de ADN intermediaria llamada vector, que lo traslada al microorganismo huésped. En el microorganismo huésped es copiado muchas veces, o clonado, a medida que el microorganismo huésped se replica. Lo ideal es que cada célula del huésped adopte al nuevo gen y lo exprese en forma del producto proteico requerido.

Actividad: 2 Conceptual Recuerda los pasos a seguir en un caso de aplicación de la ingeniería genética. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Mapa mental. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Representa con imágenes los pasos para la obtención de un ser genéticamente modificado. C

Diferencia cada paso en las aplicaciones biotecnológicas de la ingeniería genética.

Calificación otorgada por el docente

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Aplicaciones de la ingeniería genética en la medicina y agricultura. En la tabla que aparece a continuación, puedes observar algunas aplicaciones actuales y novedosas de la Ingeniería genética. Medicina

• • • • • • •

Síntesis de compuestos, hormonas, antibióticos, interferón, ciclosporina, fármacos diversos. Vectores para terapia génica. Vacunas: Suministro de solo los componentes necesarios para estimular el desarrollo de la inmunidad. Producción de anticuerpos monoclonales. Farmacología de diseño. Predadores o parásitos contra microbios productores de enfermedades. Xenotransplantes, “cultivo” de órganos animales que no provoque rechazo en el ser humano.

AgroAgro-alimentación Producción de nuevas variedades o estirpes que: • • • • • • • •

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Sobreviven a sequías, heladas y otras condiciones ambientales adversas. Resistan a plagas y enfermedades (virales, bacterianas, fúngicas) Toleran herbicidas y plaguicidas. Carezcan de ciertas toxinas o alérgenos. Incorporen valor añadido (contenido modificado de proteínas, vitaminas, aceites, almidón). Tengan menores costos de almacén, transporte, etc. Aumenten su rendimiento. Puedan ser cultivados industrialmente en interiores.

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

Actividad: 3 En la biblioteca de tu plantel, reúnete en equipo de cuatro integrantes para responder los siguientes planteamientos, enseguida, presenta el ejercicio a tu profesor (a) para su revisión.

1. ¿Qué es la biotecnología? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2. ¿Cómo se recombina el ADN en la naturaleza? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3. ¿Cómo se recombina el ADN en los laboratorios de la ingeniería genética? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4.

¿Cómo identifican genes específicos los investigadores?

Actividad: 3 Conceptual Adquiere nuevos conocimientos acerca del ADN. Autoevaluación

BLOQUE 4

Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Asocia sus conocimientos previos a las temáticas actuales. C

Elabora, bajo su propio criterio, las posibles respuestas a los planteamientos solicitados.

Calificación otorgada por el docente

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Cultivos transgénicos en México. En México se cultivan desde hace algunos años: algodón, soya y alfalfa transgénicos. Las variedades que ofrecen son maíces Bt, manipulados con una proteína de la bacteria Bacillus thuringiensis, que perfora el intestino de los gusanos cogoyero y barrenador del tallo, impidiendo que se coman los cultivos, así como maíces manipulados para resistir herbicidas como el glifosfato. Cada año los agricultores deben pagar una licencia por los granos, que están patentados, y firman un convenio por el que se comprometen a no guardar semillas para las próximas siembras, so pena de ser demandados. Uno de los beneficios que se presumen de estas semillas es su mayor productividad. El maíz es el segundo cultivo transgénico en importancia después de la soya, ocupa el 19% de la superficie plantada con cultivos transgénicos. En el mundo se siembran 140 millones de hectáreas de maíz y de éstas, 9.8 millones – equivalentes a 7%- son de maíz transgénico; 87% de la superficie de maíz transgénico está plantada con semillas de propiedad de Monsanto (eso en el año 2001), que es un proveedor global de tecnología y producto para la agricultura que mejora la productividad del campo.

Fig. 5. Áreas oscuras indican los países con cultivos transgénicos.

Estados Unidos es el mayor productor de maíz transgénico, absorbe 77% de la superficie de maíz transgénica en el mundo; en la siguiente tabla podemos observar el orden que ocupan los países en la producción de transgénicos a nivel mundial: Países productores productores de transgénicos en el mundo

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

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Estados Unidos Argentina Brasil India Canadá China Paraguay Sudáfrica Uruguay Bolivia

11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Filipinas Australia México España Chile Colombia Honduras Burkina Faso República checa Rumania

21. 22. 23. 24. 25.

Portugal Alemania Polonia Eslovaquia Egipto

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

Principales cultivos biotecnológicos a nivel mundial. Los principales cultivos de transgénicos en el mundo, son:

El maíz es el cultivo más importante de México. Anualmente tres millones de campesinos producen 18.2 millones de toneladas, en una superficie sembrada de 8.5 millones de toneladas. Después de cincuenta años de “revolución verde” en el país, los híbridos o variedades mejoradas del país, únicamente utilizan 15% de la superficie, el resto se siembra con maíz nativo.

Fig. 6. En México, para realizar siembra experimental de maíz, se recibieron solicitudes de Montsanto, Dow Agrosciences y PHI (Dupont) de México.

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Impacto social, económico y ambiental de la ingeniería genética. La biología ha experimentado en los últimos años progresos muy importantes. Estos avances, que no sólo son conceptuales, sino también tecnológicos, han hecho que, por primera vez, la biología esté teniendo hoy día –y vaya a tener en el futuro- un impacto muy grande en la sociedad. La biología ha pasado del conocimiento biológico a la ingeniería biológica, ya que es capaz de crear procesos nuevos que antes no existían. La biología es la ciencia emergente del siglo XXI. Las nuevas tecnologías biológicas que ya existen, permiten hoy día modificar genéticamente muchas plantas y animales, lo que está produciendo un gran impacto en la agricultura y un impacto menor en la ganadería. Así mismo, en la actualidad se están haciendo manufacturas de productos biológicos, tales como la insulina realizada por bacterias transgénicas, y se están manipulando genomas, es decir, la información genética de los seres vivos. De todos estos hechos se desprende la idea de que en la ingeniería biológica se ha pasado del descubrir al inventar. Los usos potenciales y beneficios que traen, por ejemplo los transgénicos son muy grandes para desperdiciarlas o tomarlas irracionales. En cualquier caso hay que analizar si hay o no riesgo, pero son más los beneficios, sobre todo pensando más en países en desarrollo, que sus cultivos se pierden por plagas de insectos o enfermedades de hongos y virus. Si esos países tuvieran acceso a ese tipo de cultivos que se protegen por sí mismos, claro que tendría un impacto social muy importante.

Fig. 7. Dolly fue el primer mamífero clonado (1996).

Algunos científicos piensan que con los avances de la ingeniería genética en la agricultura se le puede llegar a dar valor agregado a los magueyes y lechuguillas. Si esas plantas que crecen de manera natural y no se les saca provecho, por ejemplo, se les hace que trabajen como biorreactores para producir proteínas que pueden ser vendidas a alto precio a las compañías farmacéuticas, se tendría una fuente adicional para las poblaciones que son marginadas. Para algunos científicos, los peligros para el medio ambiente son incluso muy preocupantes, según ellos la extensión de cultivos transgénicos pone en peligro la biodiversidad del planeta, potencia la erosión y la contaminación genética, y potencia el uso de herbicidas.

Fig. 8. Actualmente podemos encontrar en el mercado diferentes tipos de productos modificados genéticamente.

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COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

La polémica de los cultivos transgénicos. Numerosos científicos, instituciones y organizaciones sociales no comparten los beneficios y promesas que destacan las empresas biotecnológicas. Por ejemplo la doctora Elena Álvarez Buylla, investigadora del Instituto de Ecología de la UNAM, en cuanto al principio de equivalencia entre las distintas plantas de maíz, comenta: “es una gran mentira, ya que existen interacciones entre los genes, sus productos, y entre éstos y el ambiente, en la constitución de un ser vivo. Si se transforma un organismo, con una construcción que no existía en la naturaleza, se generan nuevos metabolitos, expresiones alteradas de diversos genes, interacciones de proteínas que codifican en combinaciones que pueden ser cualitativamente distintas a las del organismo sin transformar”, explica.

Fig. 9. Greenpeace ha organizado actividades contra los productos transgénicos en varios países.

De manera contraria, las empresas productoras de semillas transgénicas afirman que los cultivos genéticamente modificados representan significativos beneficios económicos y ambientales: aumento de productividad, reducción de costos, sin impactos negativos sobre los ecosistemas y por lo tanto, sobre el hombre. Los impulsores de la liberación de la siembra de maíz transgénico en México declaran que estos beneficios deben llegar a los millones de campesinos que cultivan el maíz. Los agricultores y campesinos en distintas partes del mundo –Francia, India, Brasil, Canadá- enfocan su lucha en contra de los derechos de propiedad intelectual de las compañías biotecnológicas que les impiden mantener la práctica milenaria de seleccionar, conservar y replantar sus propias semillas. En Sonora se han sembrado canola, papa, tomate, algodón, maíz, soya y melón, en las ciudades de San Luis Rio Colorado, Navojoa, Valles del Yaqui y del Mayo, Sonoyta y Caborca.

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Cierre Actividad: 4 Después de analizar los temas concernientes a ingeniería genética, lee con cuidado el siguiente caso, para posteriormente responder las cuestiones que se te solicitan y finalmente comenta tus conclusiones con el resto del grupo. Percy Schmeiser es un agricultor canadiense demandado por Monsanto. La compañía afirma que plantó semillas Monsanto sin comprarlas y sin pagar la licencia. En realidad, el campo de Percy se contaminó con canola transgénica de los campos vecinos. Según la empresa, él cometió biopiratería al sembrar semilla transgénica sin pagar licencia. Según él, la canola transgénica de su vecino contaminó sus campos por polinización. La justicia declaró que si él tenía una planta de canola convencional y ésta resultaba contaminada por la transgénica, su planta pasaba a propiedad de la empresa, y se le sentenció a entregar a Monsanto todos los ingresos de su cosecha de 1998, incluso de parcelas sin contaminar, ya que guardaba semillas para resembrar. Percy Schmeiser perdió el caso a pesar de que nunca le compró ninguna semilla a Monsanto y tampoco firmó ningún contrato con dicha empresa. ¿Consideras que fue justo el juicio? Argumenta tu respuesta: _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ ¿La canola transgénica se podría haber infiltrado por polinización, como defendió Percy? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ¿Existen formas de enfrentar estas problemáticas en nuestro país? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ¿Por qué es importante un código de ética en los países que aplican la ingeniería genética en plantas o animales para solventar situaciones de este tipo y otras que se pueden presentar? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

Actividad: 4 Conceptual Comprende los alcances de la ingeniería genética. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Cuestionario. Saberes Procedimental

Puntaje:

Explica de forma crítica, sus argumentaciones sobre aspectos de la ingeniería genética. C

Actitudinal Evalúa los pro y contra de la aplicación de las técnicas de la ingeniería genética en la agricultura.

Calificación otorgada por el docente

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

Secuencia didáctica 2. Terapia génica. Inicio Actividad: 1 Elabora un esquema que muestre la relación entre las siguientes palabras y /o frases: proyecto del genoma humano, genes defectuosos, ADN, terapia génica, ingeniería genética, enfermedades de individuos, introducción de genes sanos, salud de individuos.

Actividad: 1 Conceptual Identifica distintos conceptos de genética y los relaciona. Autoevaluación

BLOQUE 4

Evaluación Producto: Esquema. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Organiza información vinculando distintos conceptos. C

Reestructura la información del tema sobre ingeniería genética.

Calificación otorgada por el docente

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Desarrollo Terapia génica. La terapia génica es aquélla técnica de la ingeniería genética mediante la cual se introduce material genético exógeno en seres humanos a fin de corregir deficiencias del material cromosómico y proporcionar así alguna ventaja terapéutica. Dado que a menudo no está claro cuál es la “ventaja terapéutica” que se persigue y que, en consecuencia, puede ser algo más que discutible la finalidad real de la aplicación de esta técnica, se ha propuesto la siguiente clasificación: Desde el punto de vista biológico se habla de “transferencia génica”: a.

Alteraciones de células germinales (espermatozoides u óvulos), lo que origina un cambio permanente de todo el organismo y generaciones posteriores. Esta terapia no se utiliza en seres humanos por cuestiones éticas.

b. Terapia somática celular. Uno o más tejidos son sometidos a la adición de uno o más genes terapéuticos, mediante tratamiento directo o previa extirpación de tejido. Esta técnica se ha utilizado para el tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas o pulmonares.

Usos de la terapia génica. La ingeniería genética tiene numerosas aplicaciones en campos muy diversos, que van desde la medicina hasta la industria. Sin embargo, es posible hacer una clasificación bastante simple bajo la cual se contemplan todos los usos existentes de esta técnica de manipulación genética: aquéllos que comprenden la terapia génica y aquéllos que se encuentran bajo el ala de la biotecnología. En 1989, los investigadores norteamericanos Steve Rosenberg y Michael Blease, del Instituto Nacional de Cáncer, y French Anderson, del Instituto Nacional del Corazón, Pulmón y Sangre, anunciaron su intención de llevar a cabo un intercambio de genes entre seres humanos, concretamente en enfermos terminales de cáncer. Los genes trasplantados no habían sido diseñados para tratar a los pacientes, sino para que actuaran como marcadores de las células que les fueron inyectados, unos linfocitos asesinos llamados infiltradores de tumores, encargados de aniquilar las células cancerígenas. Las víctimas de cáncer murieron, pero la transferencia había sido un éxito. Este fue uno de los primeros intentos de utilizar las técnicas de ingeniería genética con fines terapéuticos. Actualmente, el desafío de los científicos es, mediante el conocimiento del Genoma Humano, localizar defectuosos”, información genética que provoque enfermedades, y cambiarlos por otros sin tales defectos.

“genes

La ventaja quizá más importante de este método es que se podrían identificar enfermedades potenciales en una persona, que aún no se hayan manifestado, para reemplazar el gen defectuoso, o iniciar un tratamiento preventivo para atenuar los efectos de la enfermedad. Por ejemplo: se le podría descubrir a una persona totalmente sana un gen que lo pondría en un riesgo de disfunciones cardíacas severas. Si a esa persona se le iniciara un tratamiento preventivo, habría posibilidades de que la enfermedad no llegue nunca. Los protocolos de terapia génica aprobados por organizaciones de Estados Unidos, los podemos observar en la siguiente tabla:

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COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

La tabla inferior nos muestra las enfermedades hereditarias que pueden ser consideradas como primeras candidatas a ser tratadas por medio de la terapia génica.

Terapia en células somáticas.

Las terapias génicas pueden ser somáticas (tratamiento de células no germinales), y germinales (para evitar la transmisión de enfermedades genéticas). Las enfermedades que reconocen un origen genético pueden ser cromosómicas, monogenéticas o poligenéticas. Los casos registrados es que, utilizando terapia génica, los ensayos han sido exitosos, son de enfermedades monogenéticas. La primera terapia génica autorizada fue en 1990 en los Estados Unidos, tratando a una niña, Ashanti Silva, que sufría inmunodeficiencia aguda (SCID, siglas en ingles). A causa de esta enfermedad se carece de respuesta inmune a las infecciones, por ausencia del gen (ADA). La técnica consistió en extracción de leucocitos de la enferma, agregando el gen faltante, clonando las células y luego reinsertándoselas con el gen incorporado en el torrente sanguíneo; la niña pudo desarrollar una vida normal.

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Fig. 10. Ashanti Silva, la primer persona con terapia génica a los 4 años.

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Si bien hay aprobados más de cien protocolos, de diferentes terapias génicas, en general, sólo se autorizan aquéllas que justifiquen el riesgo de los tratamientos experimentales, debido a los posibles efectos colaterales.

Terapia en células germinales. El aumento de los conocimientos en esta temática se derivan del proyecto genoma humano y de las investigaciones de terapias génicas en células somáticas plantea la posibilidad de erradicar, en un futuro, en forma definitiva problemas genéticos graves, mediante la modificación de células germinales. Desde el punto de vista científico y técnico, es posible que las terapias génicas de líneas germinales sobrepasen en exactitud y facilidad las terapias en células somáticas, pero la prohibición de manipulaciones genéticas en células germinales humanas es materia legislada en muchos países. En la gráfica que aparece a continuación, podemos observar los porcentajes de ensayos de terapia génica por países.

Controversias sobre la terapia génica. El desarrollo de la terapia génica ha suscitado enormes controversias, no sólo en el ámbito científico, sino también en diferentes sectores de la sociedad. Muchas opiniones advierten sobre los posibles riesgos de introducir ADN foráneo en el genoma del individuo, debido al hecho de que los genes actúan en conjunto, no en forma aislada, y a su vez interactúan entre sí. Por esta razón, es difícil predecir los efectos que la introducción de nuevas porciones de ADN pueden tener una vez libradas a su suerte en el organismo. Al mismo tiempo, el desarrollo de vectores, como virus capaces de esconderse del sistema inmune, podría traer aparejados riesgos impredecibles para los sistemas biológicos si ocasionalmente se produjeran fugas no controladas de este tipo de agentes. Este tipo de dudas seguramente se irán disipando a medida que se avance en la investigación. Aunque los avances de la terapia génica son impresionantes, es necesario incrementar nuestro conocimiento, particularmente en la transferencia génica y especialmente asegurar que los tratamientos no estén reservados sólo para algunas personas u hospitales privilegiados. La terapia génica, debe tener, como cualquier otro experimento en medicina, las mismas restricciones basadas en principios éticos, científicos y de seguridad. Se debe asegurar que la balanza riesgo-beneficio, será a favor del paciente. Finalmente la sociedad debe tener acceso a los hechos relacionados con los protocolos. La absoluta claridad de la información dada al público es la mejor garantía de responsabilidad social y del interés de la comunidad científica.

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COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

Actividad: 2 Elabora un mapa conceptual en el que relaciones todos los términos nuevos en el tema de “terapia génica”.

Actividad: 2 Conceptual Incrementa su lenguaje en genética. Autoevaluación

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Evaluación Producto: Mapa mental. Saberes Procedimental

Puntaje: Actitudinal

Prueba el reconocimiento sobre la relación entre distintos conceptos. C

Reestructura la información del tema sobre ingeniería genética.

Calificación otorgada por el docente

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Cierre Actividad: 3 Lee con mucha atención el texto que aparece en la parte inferior, una vez que lo hayas comprendido, elabora un texto donde destaques los aspectos según se te solicitan al término del mismo. La película Gattaca (1997) muestra un futuro en el que la discriminación no se basa en el color de la piel, la religión o la educación, sino en la perfección genética. En ese futuro, la reproducción humana no es natural, sino un producto de la ciencia. Además del sexo de sus hijos, los padres pueden elegir muchas otras características personales. Así se obtienen niños destinados al éxito. Lamentablemente no todas las personas pueden acceder a esa tecnología y la sociedad se divide entonces en seres válidos (los que ocupan cargos más elevados) e “inválidos” (los que son ubicados en empleos inferiores). Luego del nacimiento del protagonista, una médica le extrae una muestra de sangre y al poco tiempo una máquina presenta los resultados del análisis en una pantalla: Probabilidad de problemas neurológicos: 60% Probabilidad de problemas de depresión: 42% Probabilidad de problemas de enfermedades de corazón: 99% Probabilidad de problemas en la concentración: 89% Expectativa de vida: 30,2 años Realiza un ensayo en donde retomes la propuesta de la película en función de lo leído en esta secuencia sobre terapia génica, así como tus conocimientos sobre herencia, ingeniería genética y proyecto de genoma humano. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

Evaluación Producto: Ensayo. Saberes Procedimental

Actividad: 3 Conceptual Pronuncia con sus propias palabras una opinión personal sobre el tema. Autoevaluación

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Puntaje: Actitudinal

Construye sus propias opiniones a partir de sus conocimientos. C

Integra todos sus conocimientos sobre los temas de genética.

Calificación otorgada por el docente

COMPRENDE LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Y LA TERAPIA GÉNICA

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