COMPENDIO DE CTA-SEMESTRE1 by Julio César Vásquez Gonzales

CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro

Profesores: Julio Vásquez – Lorenzo Minaya

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

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Los proyectos de investigación: f o r m u l a c i ó n d e l p r o b l e m a y l o s o b j e t i vo s Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Analiza la definición de investigación científica.  Describe las características de la investigación científica.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

1 01 2

Unidad Sesión Horas

Indicadores  Explica los términos que definen a la investigación científica en función a sus características propias.  Completa un cuadro descriptivo de relaciones con las características de la investigación científica.

¿Qué relación se establece entre las propiedades de los bioelementos y la composición de los seres vivos? Una bacteria que vive en el lago californiano Mono, salado y rico en arsénico, ha sorprendido a los científicos por su capacidad de sustituir en sus elementos esenciales, incluido en parte el ADN y las membranas celulares, el habitual fósforo por arsénico. El hallazgo supone añadir este elemento, normalmente tóxico por alterar los procesos metabólicos de los seres vivos, a los seis ingredientes clásicos de los organismos vivos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo. Los expertos en astrobiología de la NASA señalan que esto abre una nueva vía posible de búsqueda de vida extraterrestre, en forma de organismos que puedan vivir en las condiciones hasta ahora consideradas extremadamente venenosas del arsénico. Felisa Wolfe-Simon y sus colegas han demostrado en sus experimentos en laboratorio que las colonias de estas bacterias, de la familia de las halomonadaceas, cuando son cultivadas en un medio en el que se va sustituyendo en la dieta el fósforo por el arsénico, acaban asimilando ese segundo elemento, incorporándolo incluso en el material genético. "Nuestro hallazgo nos recuerda que la vida tal y como la conocemos puede ser mucho más flexible de lo que normalmente asumimos o podemos imaginar", ha manifestado la investigadora. Estos microorganismos especiales se suman a la lista de los llamados extremófilos, capaces de adaptarse a la vida en condiciones normalmente hostiles como de alta temperatura, acidez o salinidad. Pero el descubrimiento, indica la revista Science donde se da a conocer, "saca a la luz, por primera vez, un microorganismo que es capaz de usar un elemento químico tóxico, en lugar de un fosfato, para vivir y crecer". El experimento de estos científicos estadounidenses demuestra que es posible una forma de vida con una química diferente a la habitual. En ese caso se trata de una adaptación extrema, puesto que las bacterias se basan en el fósforo normalmente, pero son capaces de cambiarlo por el arsénico, aunque prefieren el primero en la dieta. "Sabíamos ya que algunos microbios pueden respirar arsénico, pero lo que hemos descubierto es que esta bacteria es capaz de hacer algo nuevo, al construir parte de sí misma con ese elemento", ha explicado Wolfe-Simon. Estos científicos decidieron explorar el lago Meno por sus características químicas especiales, sobre todo su alta salinidad, pero también la alta concentración de arsénico en sus aguas. Tomaron muestras de bacterias allí y decidieron experimentar con ellas en su laboratorio para probar la idea de la sustitución del fósforo por el arsénico que Wolfe-Simón había explorado, como pura especulación, dadas que ambos elementos comparten propiedades químicas importantes. La investigación ha sido un éxito. "La definición de vida, sencillamente se ha ensanchado", ha comentado Ed Weiler, director científico de la NASA. "En nuestro esfuerzo por buscar signos de vida en el Sistema Solar, tenemos que tener mayor amplitud de miras". Rescatado de: http://www.elpais.com/articulo/sociedad/bacteria/vive/arsenico/amplia/receta/vida/elpepusoc/20101202elpepusoc_9/ Tes (el 7 de febrero de 2011)

1. ¿Cuál es la importancia, desde el punto de vista científico, del descubrimiento de esta bacteria? 2. ¿Sería viable que en los seres humanos se de este cambio? ¿Por qué? 3. ¿Qué entiendes por "la definición de vida, sencillamente se ha ensanchado"? Como te habrás dado cuenta, el texto anterior es relativamente reciente y los vamos a utilizar como eje transversal en las clases de metodología de la investigación científica. De tal forma que ahora vamos a recordar algunos conocimientos estudiados el año 2010.

PLANIFICACIÓN DEL PROCESO DE INVESTIGACIÓN La investigación científica es la búsqueda de conocimientos o de soluciones a problemas de carácter científico y cultural. Es la búsqueda intencionada de conocimientos o soluciones a problemas. Una investigación se caracteriza por ser un proceso:

 Sistemático: a partir de la formulación de una hipótesis u objetivo de trabajo, se recogen datos según un plan preestablecido que, una vez analizados e interpretados, modificarán o añadirán nuevos conocimientos a los ya existentes, iniciándose entonces un nuevo ciclo de investigación. La sistemática empleada en una investigación es la del método científico.

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente  Organizado: todos los miembros de un equipo de investigación deben conocer lo que deben hacer

durante todo el estudio, aplicando las mismas definiciones y criterios a todos los participantes y actuando de forma idéntica ante cualquier duda. Para conseguirlo, es imprescindible escribir un protocolo de investigación donde se especifiquen todos los detalles relacionados con el estudio.

 Objetivo: las conclusiones obtenidas del estudio no se basan en impresiones subjetivas, sino en hechos que se han observado y medido, y que en su interpretación se evita cualquier prejuicio que los responsables del estudio pudieran tener. En la planificación debemos responder a las siguientes interrogantes:

PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN a) ¿Qué es un problema de investigación? Se puede definir el problema como: "una dificultad cuya solución requiere de una investigación conceptual o empírica". Un problema científico no surge de la nada, sino de un contexto formado por datos, hechos, teorías, presupuestos, etc. que tienen sentido y vigencia en un contexto social e histórico específico. Es decir, el problema exige desarrollar un proceso de indagación para poder responder al cuestionamiento que plantea. Por eso, el problema se formula, de preferencia, en forma interrogativa y se presenta bien delimitado. b) Criterios para plantear el problema (cuantitativo)  El problema debe expresar una relación entre dos o más conceptos o variables.  El problema debe estar formulado como pregunta, claramente y sin ambigüedad; por ejemplo, ¿qué efecto…?, ¿en qué condiciones…?, ¿cuál es la probabilidad de…?, ¿cómo se relaciona con…?  El planteamiento debe implicar la posibilidad de realizar una prueba empírica; es decir, de observarse en la realidad única y objetiva. c) ¿Cómo formulamos el problema?  Se identifica el problema especificando el tema de investigación elegido.  Se delimita el problema, es decir, se indica con precisión las características particulares que permitan distinguirlo o aislarlo para poder estudiarlo. Esta delimitación nos ayuda a determinar cuál es nuestro objeto de estudio.  El problema se formula utilizando un lenguaje claro y sin ambigüedades, para lo cual debemos seleccionar términos y conceptos con significados unívocos.  Debe presentar en su formulación: variables, muestra, delimitación espacial y temporal. Es importante saber que a partir del problema se definen los objetivos, hipótesis y las variables. ELEMENTOS QUE TODO PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN DEBE PRESENTAR

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EJEMPLOS DE PROBLEMAS  ¿Cuál es la influencia de la música en el desarrollo del lenguaje en infantes de los wawawasi de la provincia de Trujillo en el primer trimestre del 2011?  ¿Cuáles son las características socioeconómicas y educacionales de las personas menores de veinticinco años, con hábito de fumar, en la región?  ¿Cómo se relaciona el metano producido por los residuos orgánicos antrópicos en descomposición y la obtención de energía eléctrica para los pueblos jóvenes de la provincia de Trujillo en el presente año?  ¿Cuál fue el impacto de las tuberías de metal para el agua potable doméstica y la corrosión producida en el interior de estas?  Emociones que pueden experimentar los pacientes jóvenes que serán intervenidos en una operación de tumor cerebral. (I. cualitativa)

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN a) ¿A qué denominamos objetivos de la investigación? Los objetivos de la investigación son los logros previstos y precisos que el investigador se propone alcanzar al finalizar su estudio. En este sentido los objetivos responden a la siguiente pregunta: ¿qué se pretende alcanzar con esta investigación? Los objetivos de la investigación deben estar claramente precisados en sus logros y alcances para evitar confusiones e incongruencias en los resultados y sus aplicaciones. Deben ser coherentes con la justificación e importancia del problema de investigación. Hay que tener presente que los objetivos indican en todo caso los propósitos o metas que inducen al investigador a llevar a cabo la investigación del problema seleccionado. Sin embrago, es recomendable en el momento de fijar los objetivos tener en cuenta las posibilidades y limitaciones de los recursos humanos, financieros, de infraestructura y el tiempo disponible. Los objetivos pueden estar referidos a la práctica o utilización de los resultados de la investigación en la solución de problemas que se presenta en un determinado campo del saber o actividad práctica específica. b) ¿Cómo se formulan los objetivos de la investigación? Tengamos en cuenta algunos criterios para formular objetivos:  Dirigidos a los elementos básicos del problema  Medibles y observables  Claros y precisos  Expresados con verbos en infinitivo al comienzo c) ¿Qué clases de objetivos podemos distinguir? Podemos considerar tres clases de objetivos según se refieren a:  Por su extensión  Generales  Específicos  Por su temporalidad  Inmediatos  Mediatos  Por la utilización  Prácticos  Teóricos d) ¿Por qué son importantes los objetivos? Porque nos van a indicar hasta qué punto llegará nuestra investigación, cuál será su límite o en qué estadio de la investigación nos situamos. Es decir, los objetivos determinan los niveles de investigación. Ejemplo: Problema de investigación: ¿Cuál es el impacto del uso de las TICs en el aprendizaje de los alumnos de primer grado de secundaria del CEP NSPS en el primer bimestre del 2011? Objetivos: - Contribuir al conocimiento de la relación entre TIC’s y aprendizaje. - Identificar la fortalezas y debilidades de las TIC’s. - Determinar la influencia de las TIC’s en el aprendizaje.

1. Formula un problema de tu interés y plantea tus objetivos, los cuales deben estar redactados con verbos en infinitivo.

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Formulación del problema:

Objetivo 1 :

Objetivo2 :

2. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos. Bimestre Grado Secciones

El marco teórico Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Describe las características del marco teórico en relación a la(s) hipótesis.  Formula propuestas de hipótesis y variables.

Primero IV TODAS

1 02 2

Unidad Sesión Horas

Indicadores -

Formula propuestas de hipótesis usando criterios de naturaleza y causalidad.  Determina con precisión las variables de un problema y propone sus propios ejemplos.

MARCO TEÓRICO Toda investigación se desarrolla dentro de un marco de conceptos filosóficos y científicos sobre el problema y el objeto central de su estudio, que orienta todas las etapas del proceso. Las teorías orientan la investigación y los resultados de la investigación son analizados a la luz de ellas y se incorporan al conocimiento científico como evidencias que debilitan o potencian la validez de determinadas formalizaciones teóricas. Como vemos, esta fase del proceso de investigación es de suma importancia por lo que es necesario hacer una clara y precisa presentación del sustento científico. Lo fundamental es:  Delimitar significados con definiciones conceptuales y operacionales.  Plantear las generalizaciones sobre las relaciones entre los diversos aspectos del objeto de nuestro estudio.  Vincular congruente y sistemáticamente cada uno de los conceptos de su análisis. Se requiere de una seria y cuidadosa revisión de la literatura especializada. La elaboración del marco teórico también implica el análisis crítico de los antecedentes del problema, la exposición de los supuestos de la investigación, la reflexión acerca de las teorías relacionadas y elaboración, sobre esta base, de un fundamento teórico coherente para el problema, a partir del cual se pueden interpretar los resultados de estudio. El marco teórico constituye el principal referente, aparte de los datos empíricos disponibles, para la formulación y fundamentación de las hipótesis o de las otras formas que adoptan las soluciones de los problemas. El medio fundamental utilizado para cumplir con los objetivos de esta etapa lo constituye la revisión de bibliografía especializada, así como de los otros soportes informativos disponibles. Los elementos principales de que consta el marco teórico son: a) Antecedentes del problema: debe referir a las investigaciones más importantes que se han realizado sobre el tema. Este análisis asegura que la investigación que se va a emprender responde realmente a un vacío de conocimiento en el sistema teórico de la ciencia. Un requisito imprescindible para esta tarea la constituye una exhaustiva revisión de la bibliografía. b) Supuestos de la investigación: constituyen el fundamento teórico que se asume como dado, y por tanto no es objeto de cuestionamiento por el investigador, sino, más bien, deriva del mismo, deductivamente, los principales enunciados que fundamentan el problema y las hipótesis. En las ciencias formales los supuestos adoptan la forma de axiomas, verdades evidentes que no necesitan de contrastación. En las ciencias fácticas, en cambio, los supuestos se refieren necesariamente a aspectos de la realidad objetiva por lo que carecen de carácter axiomático, y requieren por tanto, de comprobación empírica. c) Definición de términos básicos: toda investigación debe incluir un glosario de los conceptos principales, en los que se definan claramente el sentido en que se utilizan, lo cual resulta necesario

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por el hecho de que incluso en una misma disciplina, el mismo vocablo puede ser utilizado en diferentes acepciones, de acuerdo al marco teórico que se utilice.

HIPÓTESIS a) ¿Qué son las hipótesis? La palabra hipótesis deriva de dos raíces griegas: thesis, que significa lo que se pone, e hipo, que equivale a debajo, o se supone. En sentido general las hipótesis no son otra cosa más que suposiciones formuladas en relación a un problema por resolver o a una situación crítica no solucionada. El hombre constantemente está formulándose hipótesis para explicar los hechos o fenómenos que se le presentan en su vida cotidiana, estas se expresan en forma de enunciados, afirmaciones o negaciones, pero de una u otra manera siempre son suposiciones que están pendientes de confirmación o verificación. Las hipótesis científicas son también suposiciones, pero formuladas de enunciados teóricos uspuestos, no verificados pero probables, referente a variables o a relaciones entre variables. En sentido estricto, las hipótesis se pueden definir como ―soluciones probables, previamente seleccionadas, al problema planteado que el científico se propone para ver a través de todo el proceso de la investigación, si son confirmadas por los hechos‖. b) ¿Cuáles son los elementos de las hipótesis?  Las unidades de análisis. Se refiere a las unidades acerca de los cuales se quiere saber algo. Estas unidades pueden ser: individuos, grupos, instituciones, sistemas, etc.  Las variables. Son las que expresan las características o propiedades cualitativas y cuantitativas que presentan las unidades de análisis.  Los elementos lógicos. Son los que relacionan las unidades de análisis con las variables y estas entre sí. HIPÓTESIS: cuanto mayor es el grado de rechazo emocional de los niños en el grupo familiar, tanto mayor será, años más tarde, el índice de delincuencia juvenil. Unidades de Los niños y el grupo familiar análisis El rechazo emocional (variable independiente) Variables El índice de delincuencia juvenil (variable dependiente) Elementos Cuanto mayor es, tanto mayor será. lógicos c) ¿Cómo se formulan las hipótesis? - Deben ser precisas, contener términos que puedan ser definidos y comprobables. - Deben redactarse como enunciado afirmativo o de modo condicional (Si. . . entonces. . .). - Deben establecer la relación existente entre las variables. - Pueden aseverar una posible solución al problema. - Pueden expresar una generalización.

VARIABLES DE INVESTIGACIÓN a) ¿Qué es una variable? Las variables son aquellas dimensiones o aspectos del fenómeno en cuestión susceptible de ser indagadas a través de los métodos de investigación pertinentes. Así una variable "constituye cualquier característica, cualidad o propiedad de un fenómeno o hecho que tiende a variar y que es susceptible de ser medido y evaluado". b) ¿Cómo se clasifican las variables?  Por su naturaleza  Cualitativas. Son aquellas cuyos elementos de variación tienen un carácter típicamente cualitativo. Ejemplo: motivación de los alumnos en el proceso de aprendizaje, nivel de participación de la población en los programas de desarrollo comunal, el comportamiento social de los adolescentes, etc.  Cuantitativas. Son aquellas cuyos elementos de variación tienen un carácter cuantitativo y numérico. Ejemplo: el rendimiento académico de los alumnos de educación secundaria, el nivel de ingreso económico de la población urbano-marginal de la ciudad de Trujillo, la edad promedio de los alumnos de cuarto grado de educación secundaria del colegio Perpetuo Socorro, etc. Este tipo de variables pueden ser, a su vez, discretas y continuas:

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 Discretas: las que se hallan a un determinado valor como el sexo, ocupación, estado civil.  Continuas: aquellas que pueden tomar cualquier valor numérico como el ingreso, la edad, etc.  Por su relación de dependencia  Independiente. Es la variable que actúa como factor, condicionante de la variable dependiente. Se le llama causal o experimental porque, en este último caso, es manipulada por el experimentador.  Dependiente. Es la variable afectada por la presencia o acción de la variable independiente. Se le llama también efecto o acción condicionada.  Interviniente. Es aquella que se interpone entre la variable independiente y la variable dependiente, también se dice que coparticipa con la variable independiente condicionando a la dependiente. Es una variable que no es objeto de estudio o exploración, pero que al presentarse y no ser controlada puede distorsionar los resultados de la investigación. Ejemplo: Problema de investigación ¿Cuál es el impacto del uso de las TIC’s en el aprendizaje de los alumnos de primer grado de secundaria del CEP NSPS en el primer bimestre del 2011? Hipótesis El uso de las TIC’s influye en el aprendizaje de los alumnos de primer grado de secundaria. Variables Uso de las TIC’s Aprendizaje Sexo, edad, condiciones socioeconómicas

(V.INDEPENDIENTE) (V. DEPENDIENTE) (V.INTERVINIENTE)

1. En base a la actividad de la primera sesión, continúa diseñando tu investigación adjuntándole un marco teórico, hipótesis e identificando sus variables. 2. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Diseño de investigación Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Formula un diseño de investigación implementado.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

1 03 2

Unidad Sesión Horas

Indicadores  Formula adecuadamente el problema, hipótesis, objetivos y variables de su investigación.  Estructura su esquema de investigación con su marco teórico pertinente.

En la presente sesión, nos dedicaremos a estructurar nuestro diseño de investigación. Esta actividad complementará las tareas de las dos sesiones anteriores. Debes tener en cuenta las siguientes pautas: - Agruparse en equipos de 6 personas. - Elegir un coordinador - El coordinador lidera el trabajo en equipo, para lo cual, delegará tareas a todos los integrantes del equipo, incluido él o ella. - El diseño se debe presentar al término de la sesión de clases, en papel bond o cuadriculado, con los datos del equipo y estéticamente aceptable. - El docente supervisará que cada integrante desempeñe su papel de acuerdo a las normas del equipo y el manual de convivencia. I.

DATOS INFORMATIVOS  Investigadores: Nombre completo, edad, grado de estudios  Institución: Nombre, dirección, teléfono, e-mail de contacto  Profesor asesor: Nombre completo II. PROBLEMA  Formulación del problema III. RESUMEN DEL PROYECTO  Justificación del proyecto  Limitaciones IV. OBJETIVOS  General:

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 Específicos: V. MARCO DE REFERENCIA  Fundamento teórico  Elaboración de hipótesis( si fuera necesario)  Identificación de variables(si fuera necesario) VI. CRONOGRAMA  Actividades mensuales VII. BIBLIOGRÁFIA

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Bimestre Grado Secciones

Química del carbono Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizaje esperado  Describe las propiedades físicas del carbono.  Compara los tipos de hibridaciones del átomo de carbono.

Primero IV TODAS

1 05 2

Unidad Sesión Horas

Indicadores  Completa cuadros descriptivos con las propipedades del carbono en base a criterios.  Realiza cuadros comparativos de las hibridaciones del átomo de carbono.

EL CARBONO Química orgánica, rama de la química en la que se estudian el carbono, sus compuestos y reacciones. Existe una amplia gama de sustancias (medicamentos, vitaminas, plásticos, fibras sintéticas y naturales, hidratos de carbono, proteínas y grasas) formadas por moléculas orgánicas. Los químicos orgánicos determinan la estructura de las moléculas orgánicas, estudian sus reacciones y desarrollan procedimientos para sintetizar compuestos orgánicos. 1. Propiedades químicas. a) Covalencia: el átomo de carbono se une a otros átomos compartiendo electrones, es decir mediante enlace covalente. b) Tetravalencia: el átomo de carbono siempre hace intervenir sus cuatro electrones de valencia, por lo tanto su valencia es 4, esto quiere decir que el átomo de carbono tiene octeto electrónico. c) Autosaturación: los C tienen la cualidad de unirse entre sí, mediante enlaces simples, dobles o triples; de ese modo se forman cadenas carbonadas abiertas o cerradas de distinta longitud. d) Estado basal del carbono: en esta configuración el átomo de carbono presenta 2 electrones desapareados, entonces su valencia es dos. Sin embargo, en los compuestos orgánicos, el carbono presenta valencia 4, lo que significa que debe poseer 4 electrones desapareados. ¿Cómo logra el carbono tener ésta valencia?

Fig. 2. EL ÁTOMO DE CARBONO EN ESTADO BASAL

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Fig. 1. TETRAVALENCIA DEL ÁTOMO DE CARBONO

Fig. 3. EL ÁTOMO DE CARBONO EXCITADO POR UNA GANANCIA DE ENERGÍA

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e) Hibridación: se denomina hibridación a la combinación de dos o más orbitales puros, para formar nuevos orbitales de diferente geometría y orientación. En el momento de combinarse, los átomos alcanzan su estado de excitación, como consecuencia de la energía que ganan. En tal estado, algunos electrones saltan de un orbital inferior a uno inmediatamente superior. En el carbono debemos suponer, que un electrón del orbital 2s salta al orbital 2pz que se encuentra vacío.  Hibridación sp3: se origina al mezclarse un orbital 2s y los tres orbitales 2p originando 4 orbitales híbridos sp3. Los cuatro orbitales híbridos son equivalentes y se orientan hacia los vértices de un tetraedro regular, en cuyo centro se ubica el núcleo del átomo. Entre ellos se forma un ángulo de 109° 28’.  Hibridación sp2: se origina cuando la mezcla se realiza entre un orbital 2s y dos orbitales 2p, formando TRES ORBITALES HÍBRIDOS sp2 y quedando un orbital 2p sin mezclarse (orbital puro). Los tres orbitales sp2 se colocan en un mismo plano, formando entre ellos un ángulo de 120°.

Fig. 4: HIBRIDACIÓN SP3

Fig. 5: HIBRIDACIÓN SP2

 Hibridación sp: se forma por la mezcla de un orbital 2s y un orbital 2p, dando origen a dos orbitales híbridos sp y dos orbitales 2p puros. Se sitúan en línea recta, formando entre ellos un ángulo de 180°.

Fig. 6: HIBRIDACIÓN SP

2. Tipos de fórmulas en compuestos orgánicos. A diferencia de los compuestos inorgánicos que se representan mediante una sola fórmula, un compuesto orgánico puede representarse por tres tipos de fórmulas: a) Desarrollada o estructural. Cuando se indican todos los enlaces que unen los átomos en la molécula.

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b) Semidesarrollada. Se indican todos los enlaces de la molécula a excepción de los que ocurren con los átomos de hidrógeno. c) Global. Se escriben los elementos que forman la molécula y la cantidad de átomos de cada uno.

Fig. 8: FÓRMULA SEMIDESARROLLADA

Fig. 7: FÓRMULA DESARROLLADA

Fig. 9: FÓRMULA GLOBAL

3. Tipos de carbono a) Primario: si está unido sólo a un átomo de carbono. b) Secundario: si está unido a dos átomos de carbono. c) Terciario: si está unido a tres átomos de carbono. d) Cuaternario: si está unido a cuatro átomos de carbono.

Fig. 10: CARBONO PRIMARIO

Fig. 11: CARBONO SECUNDARIO

Fig. 12: CARBONO TERCIARIO

Fig. 13: CARBONO CUATERNARIO

4. Tipos de cadenas carbonadas. La sucesión de átomos de carbono enlazados entre sí se denomina cadena carbonada. Estas cadenas pueden contener desde dos hasta varios centenares de átomos de carbono, unidos mediante enlaces covalentes simples (un par de electrones), dobles (dos pares de electrones) o triples (tres pares de electrones), situados en distintas posiciones de la cadena. El carbono también puede unirse con otros átomos. Según la clase de enlaces, las cadenas carbonadas se denominan saturadas cuando sólo contienen enlaces simples y no saturadas cuando contienen enlaces dobles o triples. Dependiendo de la forma de la cadena, estas pueden ser abiertas o lineales y cerradas o cíclicas. También pueden ser simples o ramificadas. Esto posibilita la existencia de un gran número de cadenas carbonadas.

Fig. 14: CADENA SATURADA

Fig. 15: CADENA NO SATURADA

Fig. 16: CADENA ABIERTA SIMPLE

Fig. 17: CADENA ABIERTA RAMIFICADA

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Fig. 18: CADENA CÍCLICA SIMPLE (con algunas insaturaciones)

Fig. 19: CADENA CÍCLICA RAMIFICADA

1. Completa los cuadros siguientes con los datos requeridos. Ten en cuenta que cada vértice y extremo libre representan a un átomo de carbono, estos se encuentran unidos a átomos de hidrógeno (completan el octeto y el dueto) COMPUESTO

COMPUESTO

PROPOSICIONES

COMPUESTO

PROPOSICIONES

F. Global

C. sp3

C. sp2

C. sp

C. Prim.

C. Secund.

C. Terciar.

C. Cuatern.

PROPOSICIONES

COMPUESTO

PROPOSICIONES

F. Global

C. sp3

C. sp2

C. sp

C. Prim.

C. Secund.

C. Terciar.

C. Cuatern.

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Hidrocarburos: alcanos Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de los hidrocarburos saturados.  Formula y nombra hidrocarburos saturados según normas.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 06 2

Indicadores  Identifica características de los hidrocarburos, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de hidrocarburos asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de los hidrocarburos según nomenclatura IUPAC.

Son compuestos de C e H (de ahí el nombre de hidrocarburos) de cadena abierta que están unidos entre sí por enlaces sencillos (C-C y C-H). Su fórmula molecular es CnH2n+2, siendo ―n” el número de carbonos. Los alcanos son los compuestos orgánicos más simples puesto que carecen de grupos funcionales y solo están constituidos por carbonos en hibridación e hidrógenos. A pesar de ello son muy importantes por las razones siguientes:  Su estudio nos permitirá entender el comportamiento del esqueleto de los compuestos orgánicos (conformaciones, formación de radicales).

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 Constituyen una de las fuentes de energía más importantes para la sociedad actual (petróleo y sus derivados). 1. Propiedades Físicas a) Punto de ebullición. Los puntos de ebullición de los alcanos no ramificados aumentan al aumentar el número de átomos de carbono. Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificada, tendrá un punto de ebullición menor. b) Solubilidad. Los alcanos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno. Los alcanos líquidos son miscibles entre sí y generalmente se disuelven en disolventes de baja polaridad. Los buenos disolventes para los alcanos son el benceno, cloroformo y otros alcanos. 2. Propiedades Químicas Los alcanos arden en el aire con llama no muy luminosa produciendo agua y anhídrido carbónico. 3. ¿Cómo se nombran? Los cuatro primeros tienen un nombre sistemático que consiste en los prefijos met, et, prop, y but seguidos del sufijo "ano". Los demás se nombran mediante los prefijos griegos que indican el número de átomos de carbono y la terminación "ano". Alcano

Fórmula estructural

Punto fusión ºC

Punto Ebullición ºC

Metano

CH4

-184

-161

Etano

CH3 — CH3

-172

-88

Propano

CH3 — CH2 — CH3

-190

-42

Ciclopropano

C3H6

-127

-34

Butano

CH3 — CH2 — CH2 — CH3

-134

-1

Pentano

CH3 — (CH2)3 — CH3

-131

-93

-94

C5H10 Ciclopentano

Ciclohexano

C6H12

Eicosano

CH3 — (CH2)18 — CH3

-36.8

343

Triancontano

CH3 — (CH2)28 — CH3

65.8

450

FÓRMULA

NOMBRE

RADICAL

NOMBRE

CH4

Metano

CH3 —

Metil-(o)

CH3 — CH3

Etano

CH3 — CH2 —

Etil-(o)

CH3 — CH2 — CH3

Propano

CH3 — CH2 — CH2 —

Propil-(o)

CH3 — CH2 — CH2 — CH3

Butano

CH3 — CH2 — CH2 — CH2 —

Butil-(o)

CH3 — (CH2)3 — CH3

Pentano

CH3 — (CH2)3 — CH2 —

Pentil-(o)

CH3 — (CH2)4 — CH3

Hexano

CH3 — (CH2)4 — CH2 —

Hexil-(o)

CH3 — (CH2)5 — CH3

Heptano

CH3 — (CH2)5 — CH2 —

Heptil-(o)

CH3 — (CH2)6 — CH3

Octano

CH3 — (CH2)6 — CH2 —

Octil-(o)

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En la tabla anterior, se pueden observar algunas propiedades físicas de los alcanos y cicloalcanos. Como se puede observar, los primeros miembros de la serie son gases a temperatura ambiente, a partir del pentano son líquidos y los miembros más pesados son sólidos. Todos son compuestos de naturaleza no polar y, por tanto, insolubles en agua o en disolventes polares y solubles en solventes no polares. Los puntos de ebullición aumentan al aumentar su peso molecular, los valores de la densidad son bajos, en términos generales. Otros nombres de la serie de los alcanos son los siguientes: Nº de C 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Nombre nonano decano undecano dodecano tridecano tetradecano pentadecano hexadecano heptadecano

Nº de C 18 19 20 21 22 30 31 32

Nombre octadecano nonadecano eicosano heneicosano docosano triacontano hentriacontano dotriacontano

Nº de C 40 41 50 60 70 80 90 100

Nombre tetracontano hentetracontano pentacontano hexacontano heptacontano octacontano nonacontano hectano

1. Radicales alquílicos. Se llama radical alquilo a las agrupaciones de átomos procedentes de la eliminación de un átomo de H en un alcano, por lo que contiene un electrón de valencia disponible para formar un enlace covalente. Se nombran cambiando la terminación -ano por -ilo, o -il cuando forme parte de un hidrocarburo. Cuando aparecen ramificaciones (cadenas laterales) hay que seguir una serie de normas para su correcta nomenclatura.

Fig. 20: PRINCIPALES RADICALES ALQUÍLICOS

2. Reglas para nombrar alcanos. a) Se elige la cadena más larga. Si hay dos o más cadenas con igual número de carbonos, se escoge la que tenga mayor número de ramificaciones.

3-metil-hexano b) Se numeran los átomos de carbono de la cadena principal comenzando por el extremo que tenga más cerca alguna ramificación, buscando que la posible serie de números "localizadores" sea siempre la menor posible.

2,2,4-trimetil-pentano, y no 2,4,4-trimetil-pentano

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c) Las cadenas laterales se nombran antes que la cadena principal, precedidas de su correspondiente número localizador y con la terminación "-il" para indicar que son radicales. d) Si un mismo átomo de carbono tiene dos radicales se pone el número localizador delante de cada radical y se ordenan por orden alfabético.

4-etil-2-metil-5-propil-octano e) Si un mismo radical se repite en varios carbonos, se separan los números localizadores de cada radical por comas y se antepone al radical el prefijo "di-", "tri-", "tetra-", etc.

2,3-dimetil-butano f) Si hay dos o más radicales diferentes en distintos carbonos, se nombran por orden alfabético anteponiendo su número localizador a cada radical en el orden alfabético, no se tienen en cuenta los prefijos: di-, tri-, tetra- etc., así como sec-, terc-, y otros como cis-, trans-, o-, m-, y p-; pero, cuidado sí se tiene en cuenta iso-.

5-isopropil-3-metil-octano g) Por último, si las cadenas laterales son complejas, se nombran de forma independiente y se colocan, encerradas dentro de un paréntesis como los demás radicales por orden alfabético. En estos casos se ordenan por la primera letra del radical. Por ejemplo, en el (1,2-dimetilpropil) si tendremos en cuenta la "d" para el orden alfabético, por ser un radical complejo.

5-(1,2-dimetilpropil)-4-etil-2-metil-nonano

1. Analiza la fórmula semidesarrollada del alcano, identifica los posibles errores en ella, esquematiza la fórmula correcta y nómbralo utilizando las reglas estudiadas.

Nombre:

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2. Formula los compuestos siguientes: a) 5-sec-butil-6-etil-7-isopropil-4,4-dimetil-6propildecano b) 8-etil-4-isopropil-3,5,7-trimetildecano c) 5-etil-3,3-dimetil-7-propildecano d) 5-(1,2-dimetilpropil)-3,3-dietilundecano e) 5-(2-etilbutil)-3,3-dimetildecano f) 6-etil-2,2,3-trimetil-4-propilnonano g) 3,6-dietil-2,5,8-trimetil-7-propildodecano h) 5-sec-butil-5-terc-butil-8-metilnonano i) 4-etil-2-metilheptano j) 5-isopropil-3- metilnonano k) 5-n –butil-4,7-dietildecano l) 3,4,6-trimetil heptano

m) 3-metil-5-isopropilnonano n) 5-terc-butil-5-etildecano o) 5-isobutil-4-isopropil-6-n-propildecano p) 3-etil-2,3-dimetilpentano q) 2-metilbutano r) 4-etil-2,2,5,6-tetrametilheptano s) 5-terc-butil-3-etil-5-isopropiloctano t) 5-sec-butil-4-n-propilnonano u) 3-etil-4-isopropil-5-metilhepetano v) 5-sec-butil-5-terc-butildecano w) 2,3-dimetlbutano x) 3-metil-4-n-propiloctano y) 4-etil-4-isobutil-7,7-dimetilnonano

3. Nombra a los compuestos siguientes:

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Hidrocarburos: alquenos Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Identifica las características de los hidrocarburos insaturados.  Formula y nombra hidrocarburos insaturados según normas.

Profesores: Julio Vásquez – Lorenzo Minaya

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 07 2

Indicadores  Identifica características de los hidrocarburos insaturados, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de hidrocarburos insaturados asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de los hidrocarburos insaturados según nomenclatura IUPAC.

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Son hidrocarburos de cadena abierta que se caracterizan por tener uno o más dobles enlaces, C=C. La mayoría de sus propiedades físicas son semejantes a la de los alcanos. Sus propiedades químicas son más reactivas que los alcanos debido al enlace pi. Propiedades físicas  Son apolares.  Son ligeramente solubles en agua, debido a los electrones p, algo expuestos.  Los estados en que se encuentran son: de C2 a C4, son gases; C5 a C15, son líquidos; de C16 en adelante, son sólidos.  A mayor masa molecular (mayor n), es mayor las fuerzas de Van Der Waals, y es mayor el punto de ebullición. Propiedades químicas  Son más reactivos que los alcanos, debido a la presencia del enlace doble.  Son características las reacciones de adición hacia el enlace doble (sobre el enlace p), reacciones de combustión, de oxidación de alquenos y de polimerización. Fórmula CH2 = CH2 CH2 = CH — CH3 CH2 = CH — CH2 — CH3 CH3 — CH = CH — CH3

Nombre Eteno Propeno 1 — buteno 2 — buteno

Radical CH2 = CH — CH2 = CH — CH2 — CH2 = CH — CH2 — CH2 — CH3 — CH = CH — CH2 —

Nombre Etenil(o) (o vinilo) Propenil (o alil) 1 — butenil-(o) 2 — butenil-(o)

1. Para nombrar los alquenos ramificados se escoge, primero, la cadena más larga y continua que contenga el máximo número de dobles enlaces y se empieza a numerar del extremo más cercano al doble enlace, aunque sea más corta que las otras. La ubicación del doble enlace se debe indicar al nombrarlo, debe tener la menor numeración posible.

2. Cuando aparecen dos o más dobles enlaces se usan las terminaciones DIeno, TRIeno, TETRAeno, etc.

4,5 — dimetil — 1,3 — heptadieno

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3. Si las posiciones del doble enlace son equivalentes, la numeración empieza por el extremo más cercano a otro doble enlace y si no existe otro doble enlace, se numerará por el extremo más cercano a un radical.

1,3,8 — nonatrieno

3 — metil — 1,5 — hexadieno

1. Nombra y formula los siguientes alquenos a) b) c) d) e)

1 – hexeno 2 – metil – 1 – penteno isobuteno o ( 2 – metilpropeno ) 3 – metil – 1,2 – butadieno 3 – metil – 1,2 – pentadieno CH2 = CH-CH = C = CH2

f) g) h) i) j)

3,4 – heptadieno 2 – metil – 1,3 – pentadieno butatrieno 1,2,3 – hexatrieno 2,3,4 – hexatrieno CH2 = CH-CH2-CH = C = CH2

CH2 = CH-CH2-CH2-CH2-CH = CH2

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Hidrocarburos: alquinos Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de los hidrocarburos insaturados.  Formula y nombra hidrocarburos insaturados según normas.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 08 2

Hidrocarburos insaturados que poseen como grupo funcional al enlace triple carbono-carbono (-CC-), que les confiere mayor grado de insaturación que los alquenos. El representante más simple de los alquinos es el acetileno (C2H2), por ello son llamados hidrocarburos acetilénicos. Los átomos de carbono del grupo funcional de los alquinos tienen hibridación sp. La fórmula para los alquinos que tengan un enlace triple será:

CnH2n-2

donde n=2; 3; 4;…

En general, su nomenclatura sigue las pautas indicadas para los alquenos, pero terminando en "ino". Para nombrar alquinos según la IUPAC se cambia el sufijo ano de los alcanos por el sufijo ino. Se siguen las mismas normas que los alquenos. Los alquinos con 4 o más átomos de carbono presentan isomería de posición, siendo necesario indicar la posición del triple enlace, el cual debe ser el más bajo, para ello la cadena carbonada principal se debe enumerar por el extremo más cercano al triple enlace C-C. Fórmula CHCH CHC-CH3 CHC-CH2-CH3 CH3-CC-CH3

Nombre Etino Propino 1-butino (But-1-ino) 2-butino (But-2-ino)

La historia de nuestro planeta nos dice que hacen 4 500 millones de años se iniciaba su lenta evolución geobiológica. Debieron pasar varios millones de años para que la Tierra llegara a tener las características que le conocemos hoy. De hecho, entre los 4 200 – 3 900 millones de años, la atmósfera y la hidrosfera no eran como lo son en la actualidad. Las investigaciones han confirmado que la formación de la litosfera es anterior a la formación de la hidrosfera; esta última, con su componente más importante, los océanos, se formó alrededor de 3 800 millones de años atrás. Es decir, en este tiempo aparece el agua como componente significativo del planeta. Alrededor de los 3 500 millones de años, ocurre un hecho sorprendente y único en nuestro planeta, que marca una gran diferencia con las épocas anteriores, surge la vida en el mar. Se desarrollaron los primeros organismos, muy simples (procariontes), los cuales eran capaces de multiplicarse y crecer a expensas de los materiales y energía que les proporcionaba el medio, en el cual el elemento agua cumplía un rol determinante. Una vez originada la vida, comienzan a producirse nuevas formas o especies, cada vez más variadas y complejas. Fue este el principio de una serie de "cambios" biológicos que fueron dando paso a la formación de las distintas comunidades biológicas y a los ecosistemas, para que muy avanzada la evolución de la Tierra se estableciera la biosfera tal como la conocemos en la actualidad. El proceso de industrialización, el avance tecnológico, la superpoblación y otros problemas sociales y ecológicos han ocasionado que este recurso sea ―alejado‖ del frágil suelo y del consumo humano. Tan es así que en la actualidad, menos del 1% del agua existente en el mundo es utilizable por el ser humano. Uno de cada cinco habitantes del planeta no tiene acceso seguro al agua y la mitad de la población mundial no dispone de sistemas de purificación del agua, lo que trae como consecuencia que cerca del 80% de las enfermedades, que sufren los pobladores del mundo subdesarrollado, tengan que ver con el consumo de agua en malas condiciones de salubridad. Frente a estos hechos, la Asamblea General de las Naciones Unidas emitió, el 22 de diciembre de 1993, la resolución A/RES/47/193 por la que el 22 de marzo de cada año se consideraba Día Mundial del Agua, a celebrarse a partir de 1993, en conformidad con las recomendaciones de la Conferencia de la Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo contenidas en el Capítulo 18 (Recursos de Agua Dulce) de la Agenda 21. Se invitó, entonces, a los diferentes Estados a consagrar este día, en el marco del contexto nacional, a la celebración de actividades concretas como el fomento de la conciencia publica a través de la producción y

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difusión de documentales y la organización de conferencias, mesas redondas, seminarios y exposiciones relacionadas con la conservación y desarrollo de los recursos hídricos así como con la puesta en práctica de las recomendaciones de la Agenda 21. El Día Mundial del Agua de 2005 dio comienzo al Decenio Internacional para la Acción bajo el mismo tema "El agua, fuente de vida". La década 2005-2015 fue proclamada década del agua por la Asamblea General de las Naciones Unidas.

El futuro de la Tierra y de la humanidad depende del convencimiento que, cada uno de nosotros, logremos acerca de la importancia del agua en el desarrollo de la vida en el planeta. Acciones pequeñas como el cuidado del tiempo de regado de jardines, el arreglo de un caño que gotea, el participar en una conferencia del agua, el promover usos racionales del agua en la industria, etc. son las que nos van convenciendo. Es tu turno, súmate a esta gran cruzada para salvaguardar la Tierra cuidando el agua.

1. Nombra y formula los siguientes alquinos  5-etil-10-metil-1 ,3,6,8-dodecatetraiino  7,7-dimetil-3-propil-1 ,5-nonadiino  3-etil-1 ,5-octadiino

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 4-etil-5 ,6-dimetil-1-heptino  2,7-dimetil-3 ,5-nonadiíno

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Funciones oxigenadas: alcoholes Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Identifica las características de los alcoholes.  Formula y nombra compuestos alcohólicos según normas.

FUNCIÓN

FÓRMULA GENERAL

Alcohol

R – OH

Éter

R – O – R’

Aldehído

R – CHO

Bimestre Grado Secciones

GRUPO FUNCIONAL - OH HIDROXILO -O– OXI

R – CO – R’ CARBONILO

Ácido carboxílico

R – COOH CARBOXILO

Éster

Unidad Sesión Horas

1 09 2

Indicadores  Identifica características de compuestos alcohólicos, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de compuestos alcohólicos asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de compuestos alcohólicos según nomenclatura IUPAC.

CARBONILO Cetona

Primero IV TODAS

EJEMPLO C2H5OH Etanol C2H5-O-C2H5 Etoxietano CH3-CHO Etanal CH3-CO-CH3 Propanona CH3-COOH Ácido etanoico CH3-COO-C2H5

R – COO – R’ CARBOALCOXI R: grupo alquilo, puede ser lineal o ramificado

Alcohol, término aplicado a los miembros de un grupo de compuestos químicos del carbono que son probablemente muy conocidos para usted. El alcohol de grano, CH 3CH2OH, el alcohol de madera, CH3OH. Lo común que tienen estos compuestos es el grupo –OH, cuyo nombre es hidroxilo, razón por la cual estos compuestos tienen propiedades físicas y químicas similares. El grupo hidroxilo se encuentra enlazado a átomos de carbono con hibridación sp3, es decir carbonos con enlace simple. ESTRUCTURA DEL GRUPO FUNCIONAL

El carbono tiene hibridación sp3

FÓRMULA GENERAL

R: grupo alquilo, puede ser lineal o ramificado

1. NOMENCLATURA  Sistema común: se utiliza mayormente para alcoholes de menor masa molecular. Se escribe primero la palabra alcohol, luego el nombre del grupo alquilo (R-) y finalmente se adiciona el sufijo ico.

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ALCOHOL

CH3OH METIL

ICO

 Nomenclatura IUPAC o sistemática: en esta nomenclatura los alcoholes son nombrados como derivados del alcano progenitor, la terminación O se sustituye por el prefijo OL.

Común IUPAC 1979 IUPAC 1993

CH3OH

CH3CH2OH

Alcohol metílico

Alcohol etílico

Alcohol isopropílico

propanol

Metanol

Etanol

2-propanol

1-propanol

__________

____________

Propan-2-ol

Propan-1-ol

2. ALCOHOLES DE CADENA RAMIFICADA  Se identifica la cadena más larga que tenga el grupo –OH.  Se numera la cadena más larga comenzando por uno de sus lados que le asigne el número más bajo al grupo hidroxilo, en caso que la cadena principal contenga enlaces dobles o triples, el grupo hidroxilo tiene mayor prioridad, por lo que debe recibir la menor numeración.

 Nombre los sustituyentes en orden alfabético indicando su posición dentro de la cadena carbonada

principal mediante números y utiliza los prefijos di, tri, tetra, etc. Para señalar repeticiones de sustituyentes iguales.  Derive el nombre de la cadena principal reemplazando la terminación O del alcano correspondiente por el sufijo OL, indicando previamente la posición del grupo hidroxilo.

 Si en la cadena principal se presentan insaturaciones, mencione primero la posición del doble o triple enlace y luego la posición del grupo hidroxilo, es decir, la cadena principal se nombra como alqueno o alquino.

 Cuando hay más de un grupo -OH en la cadena, se usa las terminaciones -diol o -triol para 2 ó 3 grupos hidroxilos, respectivamente.

1,2,3-propanotriol o glicerina

4-etil-2,5-dimetil-2hexanol

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4-etil-2,5dimetilhexan-2-ol

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3. Tipos de alcoholes. Los alcoholes se clasifican en monoles y polioles, según el número de grupos hidroxilo (-OH) en su estructura molecular. a) Monoles: los alcoholes que tienen un solo grupo funcional –OH, se denominan monoles, los cuales a su vez pueden clasificarse como primarios, secundarios y terciarios, dependiendo del tipo de carbono que sea portador del grupo funcional hidroxilo.  Alcohol primario: el grupo hidroxilo va unido a un carbono primario.

1-propanol Propan-1-ol

1-butanol Butan-1-ol

2-metil-1-propanol 2-metil-propan-1-ol

 Alcohol secundario: el grupo hidroxilo va unido a un carbono secundario.

2-propanol Propan-2-ol

2-butanol Butan-2-ol

 Alcohol terciario: el grupo hidroxilo va unido a un carbono terciario.

2-metil-2-propanol 2-metilpropan-2-ol

2-metil-2-butanol 2-metilbutan-2-ol

b) Polioles: son alcoholes que tienen 2 o más grupos hidroxilo. En estos compuestos los más importantes son los dioles y trioles. En estos compuestos, cada átomo de carbono sólo puede contener un grupo –OH.

Etanodiol etelinglicol

1,2-propanodiol Propano-1,2-diol

1,2,3-propanotriol Glicerina o glicerol

Los dioles se denominan glicoles (del griego glykys = dulce) ya que en su mayoría tienen sabor dulce. Los más importantes son el etanodiol y el 1,2-propanodiol. En los trioles, la glicerina es la más importante.

1. Nombra y formula los siguientes compuestos: 2-metil-3-hexanol 2-fenil-2-propanol 2,6-dimetil—3—nonanol 2-buten-1-ol 3-hexanol

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4-metil-3-pentanol 2,2,6-trimetil-4-heptanol 2-hepten-4-ol 3,7-dimetil-6-octen-1-ol 4-isopropil-6,6-dimetil-3-heptanol

2-metil-4-heptanol 4-metil-1-hexen-3-ol 4-metilciclohexanol 2,3-dietilciclohexanol 2-propil-3-penten-1-ol

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2. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Funciones oxigenadas: aldehídos Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de los aldehidos.  Formula y nombra compuestos aldehidos según normas.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 10 2

Indicadores  Identifica características de compuestos aldehidos, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de compuestos aldehidos asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de compuestos aldehidos según nomenclatura IUPAC.

ALDEHÍDOS Cuando se menciona la palabra aldehído, la mayoría de las personas piensa en el formaldehído, HCHO ya que este compuesto forma parte del formol, el cual es ampliamente utilizado como conservador de especímenes biológicos. El acetaldehído, CH3CHO es un compuesto que se produce en nuestro organismo cuando se consume una excesiva cantidad de bebidas alcohólicas, la acumulación de este compuesto es en parte responsable de la resaca. El benzaldehído C6H5CHO es un aldehído aromático que se emplea mucho en la elaboración de saborizantes y fragancias. Pero ¿qué características tienen en común estos compuestos? Al analizar la fórmula de cada compuesto, observamos que contienen el grupo orgánico CHO denominado aldehído unido principalmente a grupos alquilo (-R) o arilo (Ar-) excepto en el formaldehído donde va unido al hidrógeno (-H). 1. PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

 A 20 °C el formaldehido es gaseoso, los demás aldehídos como el acetaldehído, propionaldehído, butiraldehído son líquidos. Los aldehídos superiores son sólidos.

 Los aldehídos más ligeros como el formaldehido, acetaldehído, propionaldehído, etc. tienen olores

desagradables. Los aldehídos aromáticos suelen tener olores agradables, así tenemos: benzaldehído, vainillina, cinamaldehído.  Los aldehídos de menor peso molecular son relativamente solubles en agua, mientras que al aumentar la masa molecular se vuelven insolubles en este compuesto.  Debido a que en los aldehídos, el grupo carbonilo está enlazado a un átomo de hidrógeno, estos se oxidan con facilidad a ácidos carboxílicos correspondientes, debido a ello son agentes reductores.

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Estructura funcional

del

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente Grupo funcional aldehído, contiene al grupo carbonilo unido a un átomo de hidrógeno.

grupo

Fórmula general

Aldehído alifático

Aldehído aromático

2. NOMENCLATURA

 Sistema común: el nombre común de un aldehído deriva del nombre común del ácido carboxílico

correspondiente que se originan por oxidación. Veamos los siguientes ejemplos de oxidación de los aldehídos que origina sus ácidos correspondientes.

Acetaldehído

Ácido acético (vinagre)

Benzaldehído

Ácido benzoico

Para los cinco primeros aldehídos alifáticos tenemos los siguientes prefijos, según el número de carbonos. N.° Carbonos Prefijo

Form

Acet

Propion

Butir

Valer

 Nomenclatura IUPAC o sistemática: los nombres de los aldehídos derivan del alcano con el mismo número de átomos de carbono. La terminación O del alcano se reemplaza con el sufijo AL. Como el grupo funcional –CHO, está siempre en un carbono terminal (en posición 1) no es necesario especificar su posición.

ALDEHÍDO

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NOMBRE COMÚN

NOMBRE SISTEMÁTICO

Formaldehído

Metanal

Acetaldehído

Etanal

Propionaldehído

Propanal

Butiraldehído

Butanal

Valeraldehído

Pentanal

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

Los aldehídos de mayor masa molar, tienen principalmente nombres IUPAC, así tenemos por ejemplo: CH3CH2CH2CH2CH2CHO

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CHO

CH3CH=CHCHO

Hexanal

Heptanal

2-butenal

CH≡ CCH2CH2CH2CHO

CH2=CHCH=CHCH2CHO

CH=CHCH2CH2CH2CHO

5-hexinal

3,5-hexadienal

5-Hexenal

Para nombrar aldehídos ramificados, la numeración de la cadena carbonada principal se debe iniciar por el carbono que contiene al grupo funcional –CHO. Los sustituyentes se deben nombrar en orden alfabético indicando su posición respectiva.

2,2-dimetilbutanal

2-metilpropanal

Funciones oxigenadas: cetonas Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de las cetonas.  Formula y nombra compuestos cetónicos según normas.

2-etilbutanodial Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 11 2

Indicadores  Identifica características de compuestos cetónicos, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de compuestos cetónicos, asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de compuestos cetónicos según nomenclatura IUPAC.

Cuando se habla de los compuestos orgánicos denominados cetonas, es muy común que la mayoría de personas piensen en la acetona, CH3COCH3 ya que este compuesto es muy utilizado como removedor de los esmaltes de uñas y disolventes de pinturas. La etilmetilcetona CH 3CH2COCH3 se utiliza en la industria como disolvente de una gran cantidad de materiales orgánicos. La acetofenona, C 6H5COCH3 es una cetona aromática que tiene un olor agradable, por ello se emplea en la elaboración de perfumes. De lo anteriormente dicho se rescata que las cetonas son muy importantes ya que tienen diversas aplicaciones. ¿Qué de común tienen estos compuestos? Observando la composición química podemos deducir que contienen el grupo funcional carbonilo CO unido necesariamente a dos átomos de carbono. 3. PROPIEDADES FÍSICAS.  A 20 °C las cetonas de 3 a 10 átomos de carbono son líquidos, las superiores son sólidos.  Las cetonas de menor masa molecular muestran una considerable solubilidad en el agua.

Estructura funcional

del

grupo

El átomo de carbono tiene hibridación sp2

Fórmula general

Cetona alifática

Cetona aromática

4. NOMENCLATURA.



Sistema común: las cetonas de menor masa molecular se las reconoce principalmente por sus nombres comunes. Se deben nombrar primero los grupos alquilo o arilo unidos al grupo carbonilo en orden alfabético y luego adicionar la palabra cetona.

Profesores: Julio Vásquez – Lorenzo Minaya

CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente  Nomenclatura IUPAC o sistemática: los nombre IUPAC se obtienen reemplazando la O final del nombre del alcano correspondiente por el sufijo ONA. A partir de 5 átomos de carbono se presenta isomería de posición, por la tanto se numera la cadena más larga partiendo del extremo más cercano al grupo carbonilo y la posición de este grupo se indica mediante un número (lo menor posible). CETONA

NOMBRE IUPAC

NOMBRE COMÚN

Propanona

Dimetilcetona

Butanona

Etilmetilcetona

2-pentanona (pentan-2-ona)

Metilpropilcetona

3-Pentanona (Pentan-3-ona)

Dietilcetona

La IUPAC acepta como nombre oficial, ciertos nombres comerciales de algunas cetonas, así por ejemplo.

Acetona

Acetofenona (fenilmetilcetona)

Benzofenona (difenilcetona)

Para nombrar las cetonas ramificadas, la cadena carbonada principal se numera por el extremo más cercano al grupo carbonilo luego se nombra a los grupos alquilo en orden alfabético indicando su posición.

3-etil-2-pentanona

2-metil-3-pentanona

4-metil-3-hexanona

Al nombrar las cetonas insaturadas, se debe indicar la posición del carbono insaturado.

5-hexin-3-ona

1. Nombra y formula los siguientes compuestos: Pentanal Propinaldehído 3-metil-4-propil-octanal 2,2,6-trimetil-4-heptanol 2-pentenal 2-hexen-4-inal 2-etil-4-metilpentanal 4-metilhexanal 3,4-dimetil-pentan-2-ona 3-metilbutan-2-ona Pent-4-en-2-ona Hexa-1,4-dien-3-ona

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4-hexen-2-ona

2-metilpropanal 4-metilhexanal 4-pentinal 5-etil-6-metil-3-propil-heptan-2-ona Hexano-2,4-diona 4-metil-hept-3-en-6-in-2,5-diona

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2. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Funciones oxigenadas: ácidos carboxílicos Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de los ácidos carboxílicos.  Formula y nombra los ácidos carboxílicos según normas.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 12 2

Indicadores  Identifica características de los ácidos carboxílicos, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de los ácidos carboxílicos asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de los ácidos carboxílicos según nomenclatura IUPAC.

Cuando hablamos de ácidos carboxílicos, es frecuente recordar el ácido fórmico (HCOOH) ya que es el responsable del ardor que produce la picadura de una hormiga; el ácido acético (CH3COOH), que es el responsable del sabor agrio del vinagre, el ácido butírico (CH 3CH2CH2COOH), que le confiere el olor desagradable a la mantequilla rancia; el ácido cítrico que se encuentra en los limones, naranja, etc; y el ácido láctico presente en el yogur. Como podemos notar que los ácidos carboxílicos constituyen una clase de compuestos orgánicos que se encuentran con mayor frecuencia en la naturaleza; allí radica la importancia de conocer sus diversas propiedades y aplicaciones. De los ejemplos citados podemos deducir que los ácidos carboxílicos contienen en común el grupo funcional carboxilo (-COOH) unido a un grupo alquilo o arilo (excepto el ácido fórmico que va unido a un hidrógeno). 1. PROPIEDADES FÍSICAS  A 20 °C y 1 atm, los primeros ácidos monocarboxílicos son líquidos, los superiores son sólidos. Los ácidos grasos insaturados son líquidos y los ácidos dicarboxílicos son sólidos.

Profesores: Julio Vásquez – Lorenzo Minaya

CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente  Los 4 primeros ácidos carboxílicos son miscibles en el agua, al aumentar el número de carbonos, la solubilidad disminuye debido al incremento hidrofóbico del ácido.

 Los ácidos carboxílicos hierven a temperatura muy superiores respecto a alcoholes, cetonas, aldehídos, etc.

Estructura funcional

del

grupo

Fórmula general

Ácido alifático Ácido aromático 2. NOMENCLATURA.  Sistema común: muchos ácidos carboxílicos alifáticos se conocen desde hace siglos y tienen nobres comunes que se refieren más a su fuente de origen que a sus estructuras químicas. Se nombran así: Raíz común …………………………

Ácido

ico

Las cinco primeras raíces comunes son las mismas que se utilizaron en el sistema común de los aldehídos. N.° Carbonos Prefijo



Form

Acet

Propion

Butir

Valer

Sistema IUPAC: el nombre sistemático de los ácidos carboxílicos deriva del nombre del hidrocarburo de la cadena carbonada continua más larga que contiene al grupo carboxilo, -COOH reemplazando la O final por el sufijo OICO y anteponiendo la palabra ácido. ÁCIDO CARBOXÍLICO

NOMBRE IUPAC

NOMBRE COMÚN

HCOOH

Ácido metanoico

Ácido fórmico

CH3COOH

Ácido etanoico

Ácido acético

CH3CH2COOH

Ácido propanoico

Ácido propiónico

CH3CH2CH2COOH

Ácido butanoico

Ácido butírico

CH3CH2CH2CH2COOH

Ácido pentanoico

Ácido valérico

CH3CH2CH2CH2CH2COOH

Ácido hexanoico

Ácido caproico

Para nombrar los ácidos carboxílicos ramificados, se numera la cadena principal comenzando con el átomo de carbono del grupo carboxilo, para especificar las posiciones de los sustituyentes a lo largo de la cadena principal. Los sustituyentes de nombran en orden alfabético.

Ácido 2-metilbutanoico

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Ácido 4,4-dimetilpentanoico

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

Ácido 3-etil-2,5-dimetilhexanoico Cuando hay un doble enlace o un enlace triple en la molécula del ácido, la numeración se inicia en el carbono del grupo carboxilo y la posición de la insaturación se indica mediante el número que corresponda al átomo de carbono del doble o triple enlace.

Ácido 3-butenoico

Ácido 2-pentenoico

Ácido 3,3-dimetil-4-hexenoico Cuando el grupo carboxílico está directamente enlazado a un anillo (cadena cíclica), se nombran usando el sufijo carboxílico y anteponiendo la palabra ácido. El carbono que está enlazado al grupo –COOH se designa con el número 1.

Ácido ciclohexanocarboxílico

Ácido 2-metilciclopentenocarboxílico

Ácido 3-metilciclohexanocarboxílico

Ácido 2-etil-6-isopropilciclohexanocarboxílico

3. ÁCIDOS DICARBOXÍLICOS Son compuestos que contienen dos grupos carboxilo. Para nombrarlos, según IUPAC, se agrega el sufijo dioico al nombre del hidrocarburo progenitor y se antepone la palabra ácido. No se indica la posición de los carbonos del grupo carboxilo ya que estos solo pueden encontrarse en los extremos de la cadena carbonada principal. Pueden ser saturados o insaturados. En estos compuestos generalmente se emplean con mayor frecuencia sus nombres comunes que sus nombres IUPAC. ESTRUCTURA

NOMBRE IUPAC

NOMBRE COMÚN

HOOC-COOH

Ácido etanodioico

Ácido oxálico

HOOC-CH2-COOH

Ácido propanodioico

Ácido malónico

HOOC-(CH2)2-COOH

Ácido butanodioico

Ácido succínico

HOOC-(CH2)3-COOH

Ácido pentanodioico

Ácido glutárico

HOOC-(CH2)4-COOH

Ácido hexanodioico

Ácido adípico

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ÁCIDOS GRASOS SUPERIORES Son aquellos ácidos carboxílicos que se obtienen por hidrólisis de grasas y aceites, generalmente contienen más de 11 átomos de carbono. La mayoría de los ácidos grasos contiene un número par de átomos de carbono. Estos compuestos pueden ser saturados o insaturados (por lo general con doble enlace) ÁCIDO GRASO CH3(CH2)10COOH CH3(CH2)12COOH CH3(CH2)14COOH CH3(CH2)15COOH CH3(CH2)16COOH

NOMBRE IUPAC Ácido dodecanoico Ácido tetradecanoico Ácido hexadecanoico Ácido heptadecanoico Ácido octadecanoico

NOMBRE COMÚN Ácido láurico Ácido mirístico Ácido palmítico Ácido margárico Ácido esteárico

1. Nombra y formula los siguientes compuestos: Ácido 2-etil-5metilciclopentanocarboxílico

Ácido benzoico

Ácido 2,4-dimetilhexanoico

Ácido butanodioico

Ácido 2-vinilbutanodioico

Ácido butenodioico

Ácido 4-metil-2,4pentadienoico

Ácido decanoico

Ácido 2-fenilpropenoico

Ácido 2-etilbenzoico

Ácido 4-metil-1,2ciclopentanodicarboxílico

Ácido 3-(carboximetil) octanodioico

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

Funciones oxigenadas: ésteres Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de los ésteres.  Formula y nombra compuestos de ésteres según normas.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 14 2

Indicadores  Identifica características de ésteres, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de ésteres asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de ésteres según nomenclatura IUPAC.

1. OBTENCIÓN DE ÉSTERES: ESTERIFICACIÓN Un ácido carboxílico se convierte directamente en un éster al calentarlo con un alcohol en presencia de una pequeña cantidad de H 2SO4 concentrado. Esta reacción, que es reversible, se denomina esterificación y cuando se presenta en sentido inverso se denomina hidrólisis. Se rompen el enlace carbono-oxígeno en el grupo carboxilo.

2. PROPIEDADES FÍSICAS Los ésteres de bajo peso molecular son líquidos incoloros, volátiles y poseen olor a frutas, para los cuatro primeros de la serie alifático (de formiato a butirato), debido a ello se emplean como esencias en la fabricación de refrescos, bebidas, golosinas, etc. Los ésteres de la serie aromática se utilizan como perfumes. Debemos resaltar como casi una paradoja que ácidos cuyo olor es muy desagradable como los valéricos, dan ésteres de olor agradable, pero la más pequeña hidrólisis de tales ésteres es perjudicial para su perfume. A continuación tenemos algunos ésteres naturales muy comunes. NOMBRE COMÚN DEL ÉSTER

FÓRMULA

OLOR A

Formiato de etilo

HCOOCH2CH3

Ron

Acetato de pentilo

CH3COOCH2(CH2)3CH3

Plátano

Acetato de propilo

CH3COOCH2CH2CH3

Pera

Acetato de octilo

CH3COOCH2(CH2)6CH3

Naranja

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

Acetato de bencilo

Jazmín

Butirato de metilo

CH3CH2CH2COOCH3

Manzana

Butirato de etilo

CH3CH2CH2COOCH2CH3

Piña

Butirato de pentilo

CH3CH2CH2COOCH2(CH2)2CH3

Albaricoque

Butirato de bencilo

Rosas

1. Nombra y formula los siguientes compuestos: Acetato de etilo

Propionato de isopropilo

3-metilpentanoato de 2-butilo

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Funciones nitrogenadas: aminas Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de las aminas.  Formula y nombra compuestos de aminas según normas.

Bimestre Grado

Primero IV

Unidad Sesión

1 15

Secciones

TODAS

Horas

Indicadores  Identifica características de compuestos de aminas, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de compuestos de aminas asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de compuestos de aminas según nomenclatura IUPAC.

Las aminas son derivadas estructurales del amoniaco NH 3, en donde uno o todos sus átomos de hidrógeno son sustituidos por grupos alquilo (-R) y/o arilo (-Ar). 1. PROPIEDADES FÍSICAS

Profesores: Julio Vásquez – Lorenzo Minaya

CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente  A 20°C, las aminas ligeras son gases, a partir de la propalamina hasta la nonilamina son líquidos incoloros y los superiores son sólidas.

 La metilamina y etilamina tienen olor fuerte a amoníaco. Las aminas alifáticas de mayor peso

molecular tienen olores fuertes a pescado o carne podrida. Algunas diaminas tienen olores pestilentes.

2. CLASIFICACION Su clasificación se basa en el número de grupos alquilo unidos directamente al átomo de nitrógeno: uno para las aminas primarias, dos para las secundarias y tres para las terciarias. AMONÍACO

AMINA

FÓRMULA GENERAL

EJEMPLO

Primaria

R-NH2

CH3-NH2

Secundaria

R-NH-R’

CH3-NH-C2H5

R-NH-R’ Terciaria

| R’’

Donde los sustituyentes R, R’ y R’’ pueden ser iguales o diferentes. Basta que uno de estos radicales sea arilo, la amina es aromática. 3. NOMENCLATURA a) Sistema Común: para nombrar aminas simples, con grupos alquilo se recomienda seguir los siguientes pasos:    A

Los grupos alquilo se consideran como sustituyentes y se le nombran en el orden alfabético. Se emplean los prefijos di, tri, para indicar la repetición de un grupo alquilo o arilo. Se termina mencionando el vocablo amina. manera de ilustración nombremos las aminas siguientes:

CH3-NH2

CH3-NH-C2H5

Metilamina

Etilmetilamina

Ciclopropildimetilamina

CH3 | CH3-CH-NH-C2H5 Fenilamina

Etilisopropilamina

Ciclohexildietilamina

La fenilamina es más conocida con el nombre de anilina, muy utilizada en el teñido de fibras textiles. b) Sistema IUPAC: la nomenclatura de las aminas es similar a la de los alcoholes, tanto en la nomenclatura IUPAC de 1979 como en la de 1993. Así tenemos las pautas para nombrar aminas:  Se nombra la amina como derivado de un hidrocarburo. Se enumera el grupo alquilo de mayor número de átomos de carbono por el extremo más cercano al nitrógeno.  La terminación –O del nombre de hidrocarburo se sustituye por –Amina y se emplea un número para indicar la posición del nitrógeno en la cadena principal.  A los otros sustituyentes de la cadena de carbonos se le asignan números para indicar sus ubicaciones, y se usa el prefijo N-para cada sustituyente unido directamente al átomo de nitrógeno.  Si el compuesto tiene otros grupos funcionales de mayor prioridad que el grupo –NH2, a éste se le denomina grupo amino y se le nombra como un sustituyente, indicando su posición mediante un número.  Las diaminas se nombran como derivados disustituidos de un hidrocarburo, utilizando el sufijo diamina. Veamos algunos ejemplos con este sistema de nomenclatura.

CH3-NH2

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CH3-CH-CH3 | NH2

CH3 | CH3-CH-CH2-NH-CH3 34

CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Metanamina

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente 2-propanamina

N,2-dimetil-1-propanamina

(Propan-2-amina)

(N,2-dimetilpropan-1-amina)

1,3-ciclohexanodiamina

3-metil-1-ciclopentamina

(ciclohexano-1,3-diamina)

(3-metilciclopentan-1-amina)

Funciones nitrogenadas: amidas Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica las características de las amidas.  Formula y nombra compuestos de amidas según normas.

Bimestre Grado

Primero IV

Unidad Sesión

1 16

Secciones

TODAS

Horas

Indicadores  Identifica características de compuestos de amidas, en lista de proposiciones y compuestos.  Construye formulas de compuestos de amidas asociando el orden de los carbonos según el radical asociado a él.  Redactan los nombres de compuestos de amidas según nomenclatura IUPAC.

Otro grupo importante de compuestos nitrogenados son las amidas, estos compuestos tienen oxígeno además de carbono, hidrógeno y nitrógeno. La formamida, HCONH 2, es un líquido que suele utilizarse en laboratorio como disolvente, la acetamida, CH3CONH2, es un sólido que se emplea en la elaboración de somníferos. ¿Qué de común tienen estos compuestos? En todos los casos, el átomo de nitrógeno está directamente

unido al grupo carbonilo (-CO-) el cual se representa por , este grupo es característico de las amidas. La urea es una amida que en combinación con el formaldehido, sirve para la preparación de un grupo de materias plásticas termoendurecidas denominadas aminoplásticas, que tienen diversas aplicaciones, desde la fabricación de botones hasta electrodomésticos. Desde el punto de vista industrial tienen gran interés las fibras poliamídicas que comprenden varios tipos de nylon y se caracterizan por la presencia del grupo amídico –CO-NH-. Se obtiene por policondensación de ácidos dicarboxílicos de cinco o seis átomos de carbono. 1. PROPIEDADES FÍSICAS A condiciones ambientales normales, la metanamida, HCONH2, es la única amida líquida, las demás son sólidas. A estas condiciones no hay amidas gaseosas. Las amidas ligeras (hasta 6 átomos de carbono) se disuelven en el agua debido a su mayor polaridad. Las amidas superiores se disuelven en solventes orgánicos. 2. FÓRMULA GENERAL

Amida alifática

Amida aromática

3. NOMENCLATURA a) Sistema común: se usa en amidas sencillas. Se nombran eliminando la palabra ácido y cambiando la terminación ICO del nombre común del ácido carboxílico del cual proviene por la palabra AMIDA.

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

b) Sistema IUPAC: se emplea para amidas sencillas y complejas. Consideremos dos casos: amida no sustituida y amida sustituida.

 Amida no sustituida: se nombran eliminando la palabra ácido y cambiando la terminación OICO del ácido carboxílico del cual proviene por la terminación AMIDA.

Ác. Fórmico Ác. Metanoico

Formamida metanamida

Ác. Acético Ác. Etanoico

Acetamida etanamida

 Amida sustituida: cuando un átomo de hidrógeno del grupo amino (-NH2) se sustituye por un grupo alquilo se genera una amida N-sustituida y cuando los dos átomos de nitrógeno del grupo amino se sustituyen por dos grupos alquilo se generan las amidas N,N-disustituidas.

N-metilpropanamida

N-etilbutanamida

1. Nombra y formula los siguientes compuestos:

N-etil-N-metilpropilamina

N-metiletilamina

2-Propanamina (Isopropilamina)

Ciclopentanamina

N,N,4-trietilhexanamida

Butanamida

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente Bimestre Grado Secciones

Química de la materia viva: elementos biogenésicos y agua Capacidad de área

Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Identifica las características y propiedades de los elementos biogenésicos y del agua.  Describe la relación entre las propiedades físicas del agua y las funciones vitales de los organismos.

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 17 2

Indicadores  Reconoce las características y propiedades de los elementos biogenésicos y el agua en textos.  Relaciona las propiedades físicas del agua con las funciones vitales de los organismos por medio de gráficos.

Los seres vivos están formados por células de apariencia muy diversa, sin embargo desde los más primitivos hasta los más evolucionados presentan una evidente constancia en los niveles de organización atómica y molecular, pues los diversos elementos químicos, así como sus moléculas que forman parte de sus estructuras son prácticamente similares. Todas las células están compuestas de agua, proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos, sales y diminutas cantidades de una diversidad de compuestos orgánicos tales como vitaminas e intermediarios del metabolismo celular. Las proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos son moléculas relativamente grandes, conocidas como macromoléculas. El agua, sales ionizadas y ciertas vitaminas pueden formar complejos con las macromoléculas de la célula o pueden permanecer libres. La cantidad de cada una de estas clases de compuestos varía ampliamente de un tipo celular a otro y de un organismo a otro. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ALGUNAS CÉLULAS REPRESENTATIVAS Célula o tejido Componente

Hígado de rata

Músculo esquelético de rata

Huevo de erizo de mar

Escherichia coli

Semilla de maíz

Agua Proteínas Polisacáridos Lípidos Ácidos nucleicos Sales

69-72 16-22 2-10 5 1-5 1

76 21 0,6 4-11 1-2 1

77 16 1,4 4,8 1 0,3

73 19 1,1 1,1 3,5 2,3

13 9 73 4 1 1

1. ELEMENTOS BIOGENÉSICOS Llamados también bioelementos (de ―bios‖=vida y ―genos‖=nacimiento). Se encuentran formando parte de la materia viviente y del inanimado de donde todos son tomados y al cual son devueltos, cuando el ser viviente muere, cerrándose de esta manera el ciclo. De los 109 elementos, sólo 27 de ellos se encuentran en la inmensa diversidad de los organismos. 2. CLASIFICACIÓN -

Bioelementos fundamentales o primarios: son un grupo de seis elementos como C, H, O, N, P y S que se encuentran en proporciones relativamente altas, constituyendo el 97,35 % del total de la materia viva. Se llaman primarios porque son indispensables para la formación de los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, que son las biomoléculas presentes en todos los seres vivos. La característica general y distinguible de todos ellos es presentar un bajo peso atómico, lo cual facilita su agregación para formar e integrar el esqueleto o armazón de las biomoléculas, es por eso que se les denomina también elementos plásticos, biogenésicos u organógenos.

Bioelementos secundarios: se encuentran en la materia viviente en pequeñas cantidades. Tenemos el Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe.

Oligoelementos o microconstituyentes: (oligo=poco) se encuentran en la materia viviente en proporciones muy bajas. Tenemos: Cu, B, Si, Mn, F, I, Co, Mo.

3. PROPIEDADES a) Abundan en la naturaleza y están muy difundidas en la biósfera. Los organismos no podrían estar formados por cuerpos raros y difíciles de encontrar, pues tienen que tomarlo para su nutrición de la superficie terrestre.

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

b) Son de baja densidad, lo cual permite que el citoplasma también sea de baja densidad, un poco superior a la del agua. c) Son de bajo peso atómico, lo que hace que en un peso dado de citoplasma, sean numerosas las moléculas. d) Son de elevado calor específico; es decir, se necesita mucho calor para elevar su temperatura, lo cual evita cambios bruscos de temperatura en el citoplasma. e) Pueden formar compuestos fácilmente solubles. f) Químicamente son muy reactivos por lo que necesitan de energía. g) Forman un considerable número de compuestos. 4. FUNCIONES -

Plásticas: hay elementos que integran la arquitectura de ciertos organismos. Tenemos por ejemplo el C en la pared de celular de los vegetales, Si en las diatomeas y Ca en los caparazones y huesos. Catalíticas: como el Ca+2 en la contracción muscular, Fe en la hemoglobina, Cu en la hemocianina, Co en la vitamina B12, etc. Osmótica: varios elementos en su forma iónica (Na+), interviene en fenómenos osmóticos. CUADRO DE ALGUNOS BIOELEMENTOS SECUNDARIOS EN EL HOMBRE Alimentos en los que Efectos de la Elemento Funciones principales se encuentra deficiencia Formación de huesos y dientes, coagulación Leche, queso, Raquitismo, Calcio sanguínea, transmisión legumbres, verduras. osteoporosis. nerviosa, contracción muscular y acción cardíaca. Equilibrio hídrico, presión Desequilibrio ácidoSal, algunas verduras y Cloro osmótica y formación de jugo base en los fluidos frutas. gástrico. corporales. Activación de enzimas, síntesis Fallos en el Cereales, verduras de de proteínas, irritabilidad crecimiento, problemas Magnesio hoja verde. muscular y nerviosa además del comportamiento y forma parte de la clorofila. convulsiones. Formación de huesos y Leche, queso, yogur, dientes, equilibrio hídrico, pescado, aves de Debilidad, pérdida de Fósforo equilibrio ácido-básico, corral, carnes, calcio. transmisión de impulso cereales. nervioso y fabricación del ATP. Calambres musculares, Plátanos, verduras, Equilibrio hídrico, transmisión pérdida del apetito, Potasio papas, leche, carnes. nerviosa y ritmo cardíaco. ritmo cardíaco irregular. Pescado, aves de Funcionamiento del hígado y Azufre Raro corral, carnes. forma parte de las proteínas. Equilibrio hídrico y ácidobásico, funcionamiento del Calambres musculares, Sodio Sal de mesa. hígado e irritabilidad muscular pérdida del apetito. y nerviosa. Legumbres, cereales, vísceras, grasas, Regula el metabolismo de Aparición de diabetes Cromo aceites vegetales, glucosa, lípidos y proteínas. en adultos. carnes, agua potable. Anemia, afecta el Formación de glóbulos rojos y Cobre Carnes, agua potable. desarrollo de los hemocianina. huesos y nervios. Formación de dientes y Agua potable, té, Flúor huesos, resistencia a la caries Caries dental. mariscos. dental. Pescado de mar, mariscos, productos Inflamación de la Yodo Síntesis de hormonas tiroideas. lácteos, verduras, sal tiroides. yodada. Carnes magras, pan, Hierro cereales, legumbres, Formación de hemoglobina. Anemia mariscos. Carnes magras, Fallos en el Componentes de muchas Zinc huevos, cereales, crecimiento, atrofia de enzimas. verduras de hoja las glándulas sexuales

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verde, legumbres.

y retraso en la curación de heridas.

Molécula inorgánica binaria, compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El agua no es solo el compuesto más abundante de la naturaleza, sino también más abundante de los seres vivos. Organismos sencillos como las medusas poseen un 98% de agua corporal, en el hombre adulto, un ser con mayor complejidad, el porcentaje de agua llega al 63%, siendo el cerebro el órgano más hidratado con 90% de agua. En las plantas, las semillas cuentan con 10% de agua, mientras que las frutas alcanzan hasta el 96%. 1. ESTRUCTURA MOLECULAR La molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Entre el oxígeno y cada uno de los hidrógenos se establece un enlace covalente polar, un par de electrones compartidos; pero el oxígeno, por ser más electronegativo, termina concentrando los electrones en su zona, esto determina una molécula dipolar con polo positivo y negativo. 2. NATURALEZA DEL AGUA - Dipolaridad: la molécula de agua es dipolar, esta característica surge por la presencia de los enlaces covalentes polar entre los átomos de hidrógeno y el átomo de oxígeno. - Cohesión molecular: la unión entre dos moléculas de agua adyacentes ocurre por una fuerte atracción electromagnética (dipolo-dipolo) denominada puente de hidrógeno. El puente de hidrógeno es una interacción electrostática entre el núcleo de hidrógeno de una molécula de agua y el par de electrones no compartidos de otra; representa el enlace intermolecular más fuerte que existe, dado que le confiere a la masa de agua una gran cohesión. 3. PROPIEDADES DEL AGUA Y SERES VIVOS

Estado físico Fórmula molecular Peso molecular Características organolépticas Punto de fusión Punto de ebullición Capacidad calorífica

PROPIEDADES FÍSICAS Sólido, líquido y gaseoso en distintas condiciones H2O 18, 016 uma Color: incolora Sabor: insípida Olor: inodora 0 °C (1 atmósfera de presión) 100 °C (1 atmósfera de presión) 1 cal/g °C

a) Elevada constante dieléctrica: el agua tiene una alta capacidad para desestabilizar las moléculas polares, tales como las sales, ácidos y bases, y algunas moléculas orgánicas que tengan grupos polares. Al ser desestabilizada una molécula polar, se separan sus componentes, los cuales son rodeados por moléculas de agua. Este mecanismo capacita al agua como un gran disolvente; sirve como medio para reacciones celulares, la absorción de moléculas nutritivas y la excreción de desechos. La interacción entre un soluto y el solvente, sin que ocurran cambios químicos significativos, se denomina disolución o solvatación de la sustancia; cuando el solvente es el agua, se denomina hidratación. b) Tensión superficial: gracias a esta propiedad, algunos insectos depositan sus huevos o caminan sobre la superficie de las charcas de agua sin hundirse, esto es explicable porque las moléculas de agua superficiales se encuentran cohesionadas con las moléculas de agua inferiores, formando una red molecular compacta que soporta las presiones externas. c) Capilaridad: capacidad del agua que permite ascender por un tubo fino llamado capilar. Cuando el agua asciende por el capilar, hay moléculas que suben adheridas a la pared del tubo y jalan a las moléculas que están debajo mediante fuerzas de cohesión. La capilaridad ocurre por la suma de las fuerzas de cohesión, adhesión y tensión. La ascensión de agua y sales en las plantas es explicada a través del proceso de capilaridad. Las plantas vasculares son las que presentan xilema y floema; así, la capilaridad se da a través del xilema, que es el total de los vasos leñosos de la planta.

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d) Elevado calor específico: se define como la cantidad de energía que se requiere para elevar un grado centígrado (°C) un gramo de cualquier sustancia. La masa del agua necesita una elevada cantidad de energía para poder elevar un grado centígrado su temperatura, porque sus puentes de hidrógeno le otorgan una gran estabilidad. Esto explica el alto punto de ebullición del agua que llega a 100°C a una atmósfera de presión. Durante el día, el medio terrestre se calienta con facilidad mientras que el medio acuático varía apenas su temperatura; es decir, el agua recibe gran cantidad de calor sin cambiar considerablemente su temperatura, esto garantiza condiciones térmicas relativamente estables en el agua. El exceso de calor generado en el interior del organismo se elimina eficientemente por evaporación de agua; en este caso, el agua se constituye en un termorregulador orgánico. e) Densidad: al enfriar el agua líquida aumenta su densidad, la cual alcanza un máximo de 1g/cc a 4°C, al seguir enfriando, la densidad empieza a descender. Es así como el hielo (0°C) es menos denso que el agua líquida y flota en la superficie de los mares y lagos; esto es importante porque actúa como un aislante que evita el enfriamiento de las aguas profundas, lo que permite la vida de los animales poiquilotermos.

SALES MINERALES Son moléculas orgánicas que se ionizan fácilmente en presencia de agua. Se obtienen tanto de alimentos como de sales disueltas en agua, ya que los organismos no pueden fabricarlos. En los seres vivos aparecen precipitadas, disueltas o asociadas a moléculas orgánicas, y su importancia radica en las funciones que cumplen en el organismo, a pesar de ser necesarias en pequeñas concentraciones. Las sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas: -

Las sales minerales precipitadas forman cuerpos sólidos y realizan funciones estructurales de sostén o protección. Entre ellas encontramos el calcio, que compone el endoesqueleto, el exoesqueleto y el caparazón de muchos organismos.

Las sales minerales disueltas se encuentran en medios celulares internos y externos, donde son necesarias en cantidades mínimas, como reguladores de las reacciones químicas. Por ejemplo el sodio y el potasio se requieren para la transmisión del impulso nervioso y el transporte de sustancias a través de las membranas celulares.

Las sales asociadas a moléculas, como el magnesio en la clorofila, el hierro en la hemoglobina y el fósforo en los fosfolípidos y los ácidos nucleicos.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

¿Cuáles son las biomoléculas en todos los organismos? ¿Cuál es la relación entre la homeostasis y el equilibrio hídrico? ¿Cuáles son las principales vías de eliminación de agua en el ser humano? ¿Cuáles son los iones extracelular e intracelular más importantes? ¿Cuáles son los elementos que podemos encontrar formando estructuras duras en los seres vivos? ¿Cuáles son los elementos que participan en el transporte del O2 y CO2 en los animales? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Química de la materia viva: glúcidos Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Describe las características físicoquímicas de los glúcidos.  Discrimina los tipos de glúcidos en base a su estructura química y propiedades.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

1 18 2

Indicadores  Describe las propiedades físicas y químicas de los carbohidratos teniendo en cuenta su estructura química, en base a textos.  Clasifica glúcidos basándose en su estructura molecular y grupos funcionales.

Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos, son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos o por el grupo funcional que tienen adherido. Son la forma biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía. Otras biomoléculas son las grasas y, en menor medida, las proteínas.

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Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

El término hidrato de carbono o carbohidrato es poco apropiado, ya que estas moléculas no son átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino que constan de átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales químicos. Los glúcidos pueden sufrir reacciones de esterificación, aminación, reducción, oxidación, lo cual otorga a cada una de las estructuras una propiedad específica, como puede ser de solubilidad. 1. IMPORTANCIA BIOLÓGICA -

Energética: los glúcidos o azúcares son importantes como moléculas energéticas, esto significa que aportan energía a los seres vivos, además de servir como combustible celular, se pueden almacenar y constituirse así como reserva energética, en forma de polisacáridos. La glucosa es el más importante combustible celular, a partir de una molécula de glucosa proporciona 2 ATP y de 36 a 38 en condiciones anaeróbicas y aeróbicas respectivamente. Podemos agregar también que las neuronas, únicamente utilizan la glucosa como alimento. Estructural: los ácidos nucleicos, ADN y ARN, están hechos de azúcares de cinco carbonos, pentosas, y otras moléculas simples. La ribosa en el ARN y la desoxirribosa en el ARN. Otro ejemplo que podemos mencionar es el peptidoglucano en la pared celular bacteriana, la quitina en los artrópodos, la celulosa y hemicelulosa en la pared celular de de los vegetales. Farmacológica: algunos antibióticos como la estreptomicina, es glucósido. Dietética: por ejemplo en la fibra vegetal que tiene celulosa y que se utiliza para evitar problemas de salud.

2. MONOSACÁRIDOS Son los glúcidos más sencillos, que no se hidrolizan, es decir, que no se descomponen para dar otros compuestos, conteniendo de tres a siete átomos de carbono. Su fórmula empírica es (CH 2O)n donde n ≥ 3. Se nombran haciendo referencia al número de carbonos (3 - 7), terminado en el sufijo osa. La cadena carbonada de los monosacáridos no está ramificada y todos los átomos de carbono menos uno contienen un grupo alcohol (-OH). El átomo de carbono restante tiene unido un grupo carbonilo (C=O). Si este grupo carbonilo está en el extremo de la cadena se trata de un grupo aldehído (-CHO) y el monosacárido recibe el nombre de aldosa. Si el carbono carbonílico está en cualquier otra posición, se trata de una cetona (-CO-) y el monosacárido recibe el nombre de cetosa. Todos los monosácaridos son azúcares reductores, por lo que dan la Reacción de Benedict o Fheling; aunque algunos necesitan ciertas condiciones para lograr su oxidación. Por su grupo funcional Por su n.° de carbonos

Triosa Tetrosa Pentosa

Hexosa Heptosa

Fig. 21. Glucosa: más abundante en el cuerpo de los seres vivos, principal fuente de energía para los seres vivos. Los polímeros de la glucosa son muy abundantes en la naturaleza, dentro de ellos se destacan la celulosa, el almidón y el glucógeno

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ALDOSA (-CHO)

CETOSA (-CO-)

Gliceraldehído Eritrosa Ribosa Arabinosa Xilosa Glucosa Manosa Galactosa Talosa ------------

Dihidroxiacetona Eritrulosa

Fig. 22. Galactosa: es una aldosa formada en las glándulas mamarias a partir de la glucosa.

Ribulosa Xilulosa Fructosa Heptulosa

Fig. 23. Fructosa: cetosa presente en las frutas. Su polimerización origina inulina.

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Al igual que los disacáridos, son dulces, solubles en agua (hidrosolubles) y cristalinos. Los más conocidos son la glucosa, la fructosa y la galactosa. Estos azúcares constituyen las unidades monómeras de los hidratos de carbono para formar los polisacáridos. 3. OLIGOSACÁRIDOS Son aquellos azúcares que se forman por polimerización de pocos monosacáridos, los que se unen mediante enlace glucosídico. Dentro de los oligosacáridos más representativos teneos a los disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, pentasacáridos y ciclodextrinas. Fig. 24. Enlace glucosídico: resulta de la reacción de los grupos –OH de dos monosacáridos, en el proceso se

pierde una molécula de agua. Existen dos tipos de enlace glucosídico, el alfa y el beta.

Fig. 25. ENLACE BETA-GLUCOSÍDICO EN LA MOLÉCULA DE LACTOSA 4. DISACÁRIDOS Son un tipo de hidratos de carbono, o carbohidratos, formados por la condensación (unión) de dos monosacáridos iguales o distintos mediante enlace glucosídico (con pérdida de una molécula de agua). Los disacáridos más comunes son:  Sacarosa: Formada por la unión de una glucosa y una fructosa. A la sacarosa se le llama también azúcar común. No tiene poder reductor.  Lactosa: Formada por la unión de una glucosa y una galactosa. Es el azúcar de la leche. Tiene poder reductor  Maltosa, Isomaltosa, Trehalosa, Celobiosa: Formadas todas por la unión de dos glucosas, son diferentes dependiendo de la unión entre las glucosas. Todas ellas tienen poder reductor, salvo la Trehalosa.

Fig. 26. MALTOSA

Fig. 27. SACAROSA

Fig. 28. LACTOSA

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La fórmula empírica de los disacáridos es C12H22O11. El enlace covalente entre dos monosacáridos provoca la eliminación de un átomo de hidrógeno de uno de los monosacáridos y de un grupo hidroxilo del otro monosacárido, de forma que en conjunto podemos decir que se elimina una molécula de agua (H2O) que se libera al medio de reacción. En la mucosa del tubo digestivo del ser humano existen unas enzimas llamadas disacaridasas, que hidrolizan el enlace glucosídico que une a los dos monosacáridos, para su absorción intestinal. Entre otros oligosacáridos tenemos:  Trisacáridos: melicitosa, rafinosa, panosa y maltotriosa.  Tetrasacáridos: estaquiosa.  Pentasacáridos: verbascosa.  Ciclodextrinas: alfa-dextrinas y betadextrinas. 5. POLISACÁRIDOS Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuadran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reserva, energética y estructurales. Los polisacáridos son polímeros, cuyos monómeros constituyentes son monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que participen en su estructura. Este número es casi siempre indeterminado, variable dentro de unos márgenes. Pueden descomponerse, por hidrólisis de los enlaces glucosídicos entre residuos, en polisacáridos más pequeños, así como en disacáridos o monosacáridos. Su digestión dentro de las células, o en las cavidades digestivas, consiste en una hidrólisis catalizada por enzimas digestivas (hidrolasas) llamadas genéricamente glucosidasas, que son específicas para determinados polisacáridos y, sobre todo, para determinados tipos de enlace glucosídico. Así, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan el almidón, cuyos enlaces son del tipo llamado α(1→4), no pueden descomponer la celulosa, cuyos enlaces son de tipo β(1→4), aunque en los dos casos el monosacárido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacáridos, que pueden llamarse polisacarasas, rompen en general uno de cada dos enlaces, liberando así disacáridos y dejando que otras enzimas completen el trabajo. En la formación de cada enlace glucosídico «sobra» una molécula de agua, igual que en su ruptura por hidrólisis se consume una molécula de agua, así que en una cadena hecha de n monosacáridos, habrá n-1 enlaces glucosídicos. Partiendo de que la fórmula general, no sin excepciones, de los monosacáridos es

CxH2xOx

Se deduce fácilmente que los polisacáridos responderán casi siempre a la fórmula general:

Cx(H2O)x–1

Fig. 29. Esquema de la composición del polímero almidón

Fig. 30. Esquema de la composición del polímero quitina

Fig. 31. Segmento del almidón

Fig. 32. Esquema de la composición del polímero celulosa

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¿Qué es un monómero y un polímero? Realiza un cuadro comparativo entre monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. ¿Por qué no todos los carbohidratos son dulces? Si la composición del almidón, la celulosa y el glucógeno son tan parecidos, ¿cómo explicarías que el sistema digestivo humano pueda degradar el almidón y el glucógeno más no digerir la celulosa? ¿Cuál es la importancia del enlace glucosídico? ¿A qué hacen referencia las letras griegas alfa y beta? ¿Por qué es importante la glucosa en nuestro cuerpo? Menciona los alimentos que desayunaste y clasifícalos dentro de los glúcidos. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Química de la materia viva: lípidos Capacidad de área

Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Identifica los componentes de los lípidos  Describe las propiedades físicas y químicas de los lípidos.  Clasifica compuestos lipídicos en base a su estructura molecular y su función biológica.

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Primero IV TODAS

2 01 2

Unidad Sesión Horas

Indicadores  Señala mediante marcas los componentes de los lípidos en sus respectivas fórmulas.  Describe las propiedades físicas y químicas de los lípidos teniendo en cuenta su estructura química, en base a textos.  Clasifica lípidos basándose en su estructura molecular y grupos funcionales.

Los lípidos son biomoléculas muy diversas; unos están formados por cadenas alifáticas saturadas o insaturadas, en general lineales, pero algunos tienen anillos (aromáticos). Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos o semiflexibles hasta alcanzar casi una total flexibilidad molecular, comparten carbonos libres y otros forman puentes de hidrógeno. La mayoría de los lípidos tiene algún tipo de carácter polar, además de poseer una gran parte apolar o hidrofóbico (rechaza al agua), lo que significa que no interactúa bien con solventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrofílica (que tiene afinidad por el agua) y tenderá a asociarse con solventes polares como el agua; cuando una molécula tiene una región hidrófoba y otra hidrófila se dice que tiene carácter anfipático. La región hidrófoba de los lípidos es la que presenta solo átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, como la larga "cola" alifática de los ácidos grasos; la región hidrófila es la que posee grupos polares o con cargas eléctricas, como el hidroxilo (–OH) del colesterol, el carboxilo (–COO–) de los ácidos grasos, el fosfato (–PO4–) de los fosfolípidos, etc. 1. IMPORTANCIA BIOLÓGICA -

Estructural: los lípidos son moléculas orgánicas que constituyen el 40% de las membranas celulares. Los fosfolípidos se distribuyen y mueven en el interior de las mimas, permitiendo propiedades como el transporte y la comunicación entre células. Por su comportamiento anfipático, determinan la estructura de la membrana, es decir, regiones hidrofílicas en las superficies e hidrofóbica en el interior.

Fig. 33. ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR DONDE SE MUESTRAN LAS MOLÉCULAS DE COLESTEROL

Fig. 34. NEURONA DONDE SE MUESTRA LA VAINA DE MIELINA QUE ESTÁ FORMADA POR LÍPIDOS

Energética: son moléculas constantes en todos los seres vivos donde participa como fuente de energía, así un gramo de lípido otorga aproximadamente 9,3 kilocalorías. En los animales, se almacenan en el tejido adiposo, donde constituye una reserva energética, mientras que en las

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plantas se almacenan en las semillas en forma de aceites para ser utilizados durante la germinación. -

Termoaislante: al almacenarse en el tejido subcutáneo, forman una barrera que impide la pérdida de calor producido en el tejido muscular. Las ballenas, los osos polares y otros animales soportan las bajas temperaturas porque tienen gran cantidad de lípidos bajo la dermis.

Electroaislante: los lípidos existen alrededor de los axones de las neuronas favorecen la transmisión rápida de los impulsos nerviosos, estos son los que forman la llamada vaina de mielina.

Reguladora: algunos lípidos actúan como hormonas. La testosterona, de efecto masculinizante y los estrógenos, de efecto feminizante. Las vitaminas A, D, E y K son de estructura lipídica y participan en procesos importantes como la fotorrecepción, absorción de calcio, antioxidante y coagulación respectivamente.

2. COMPONENTES -

Glicerol: es el alcohol más común de los lípidos, también es llamado propanotriol o glicerina. Se encuentra constituido por un esqueleto de 3 carbonos y presenta 3 hidroxilos.

Ácidos grasos: son las unidades básicas de los lípidos saponificables, y consisten en moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada con un número par de átomos de carbono (16-18) y un grupo carboxilo terminal. La presencia de dobles enlaces en el ácido graso reduce el punto de fusión. Los ácidos grasos se dividen en saturados e insaturados.  Saturados. Sin dobles enlaces entre átomos de carbono; por ejemplo, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, etc. Forman los lípidos sólidos (sebos y mantecas).  Insaturados. Los ácidos grasos insaturados se caracterizan por poseer dobles enlaces en su configuración molecular. Éstas son fácilmente identificables, ya que estos dobles enlaces hacen que su punto de fusión sea menor que en el resto. Se presentan ante nosotros como líquidos, como aquellos que llamamos aceites. Este tipo de alimentos disminuyen el colesterol en sangre y también son llamados ácidos grasos esenciales, los encontramos en las plantas superiores y animales que viven a bajas temperaturas. Los animales no somos capaces de sintetizarlos, pero los necesitamos para desarrollar ciertas funciones fisiológicas, por lo que debemos aportarlos en la dieta. Los denominados ácidos grasos esenciales no pueden ser sintetizados por el organismo humano y son el ácido linoleico, el ácido linolénico y el ácido araquidónico, que deben ingerirse en la dieta.

Fig. 35. ÁCIDOS GRASOS SATURADOS E INSATURADOS

Fig. 36. MOLÉCULA DE GLICEROL

3. CLASIFICACIÓN Los lípidos son un grupo muy heterogéneo que usualmente se clasifican en dos grupos, atendiendo a que posean en su composición ácidos grasos (lípidos saponificables) o no lo posean (lípidos insaponificables). A. Lípidos saponificables: al descomponerse, liberan ácidos grasos y alcoholes. a) Simples. Lípidos que sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Constituidas por un alcohol y ácidos grasos, unidos entre sí por enlace tipo éster.  Glicéridos. Compuestos por un alcohol glicerol y de 1 a 3 ácidos grasos unidos mediante enlace tipo éster.

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POR SU CONSISTENCIA Grasas sólidas: formadas por glicerol y ácidos grasos saturados. Grasas semisólidas: formadas por glicerol y ácidos grasos saturados que previamente fueron insaturados. Grasas líquidas: formadas por glicerol y ácidos grasos insaturados.

POR EL NÚMERO DE ÁCIDOS GRASOS Monoglicéridos: constituido por glicerol y un ácido graso. Diglicéridos: constituido por glicerol y dos ácidos grasos. Triglicéridos: constituido glicerol y tres ácidos grasos.

por

 Céridos. Constituidos por un alcohol de elevado peso molecular y un ácido grado saturado. Palmitato de miricilo  se encuentra en panales de abeja. Lanolina  cera de la lana de las ovejas Cutina  cera vegetal, cubre las hojas, tallos y frutos. Suberina  cera del súber o corcho.

Fig. 37. MONOGLICÉRIDO

Fig. 38. DIGLICÉRIDO

Fig. 39. TRIGLICÉRIDO

b) Complejos. Biomoléculas constituidas por un alcohol, ácidos grasos y otras biomoléculas como un glúcido. A los lípidos complejos también se les llama lípidos de membrana pues son las principales moléculas que forman las membranas celulares. Son moléculas anfipáticas, porque presenta dos regiones bien definidas: una cabeza polar hidrofílica y una cola hidrofóbica.  Fosfolípidos. Constituidos por ácidos grasos, un alcohol, ácido fosfórico y otras moléculas. Entre estos tenemos: Glicerolfosfolípidos Lecitinas Plasmalógenos Cardiolipinas Fosfatidilserina Cefalinas Lisofosfolípidos

Esfingofosfolípidos Esfingomielinas ceramidas

 Glucolípidos. Constituidos por ácidos grasos, un alcohol y carbohidratos. Entre estos tenemos a los cerebrósidos, gangliósidos y sulfátidos. B. Lípidos insaponificables. Al descomponerse no liberan ácidos grasos ni alcoholes.  Terpenoides. También conocidos como isoprenoides, son lípidos derivados del hidrocarburo isopreno, constan como mínimo de dos moléculas de isopreno. Algunos terpenos importantes son los aceites esenciales (mentol, limoneno, geraniol), el fitol (que forma parte de la molécula de clorofila), las vitaminas A, K y E, los carotenoides (que son pigmentos fotosintéticos) y el caucho (que se obtiene del árbol Hevea brasiliensis).  Esteroides. Son los lípidos derivados de la estructura del ciclopentanohidrofenantreno, el cual es un hidrocarburo tetracíclico. Entre los principales esteroides, tenemos al colesterol, progesterona, aldosterona, etc.  Protaglandinas  Vitaminas liposolubles como: A, E y K.

Fig. 40: ISOPRENO

Fig. 41: COLESTEROL

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Fig. 42: VITAMINA E

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¿Cuál es la importancia de los lípidos en nuestro sistema nervioso? ¿Qué tipo de ácido graso tiene la mantequilla? ¿En qué procesos intervienen los lípidos simples? ¿Y los terpenoides y esteroides? ¿Por qué es importante controlar la cantidad de grasas saturadas que consumimos a diario? ¿Por qué razón los animales utilizan lípidos como reserva energética? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Química de la materia viva: proteínas Capacidad de área

Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Identifica los componentes de las proteínas  Describe las propiedades físicas y químicas de las proteínas.  Clasifica a las proteínas en base a su estructura molecular y su función biológica.

Bimestre Grado Secciones

Primero IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 02 2

Indicadores  Señala mediante marcas los componentes de las proteínas en sus respectivas fórmulas.  Describe las propiedades físicas y químicas de las proteínas teniendo en cuenta su estructura química, en base a textos.  Clasifica proteínas basándose en su estructura molecular y grupos funcionales.

Son macromoléculas; biopolímeros, es decir, están constituidas por gran número de unidades estructurales simples repetitivas (monómeros). Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de moléculas más pequeñas. Por hidrólisis, las moléculas de proteína se escinden en numerosos compuestos relativamente simples, de masa pequeña, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles de estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína. Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y casi todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en diferentes proteínas, el contenido de nitrógeno representa, por término medio, 16% de la masa total de la molécula; es decir, cada 6,25 g de proteína contienen 1 g de N. Las proteínas son largas cadenas de AA unidas por enlaces peptídicos entre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el código genético. 1. FUNCIONES Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las moléculas constituyentes de los seres vivos. Prácticamente todos los procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo de moléculas. Bastan algunos ejemplos para dar idea de la variedad y trascendencia de las funciones que desempeñan. -

Transporte: hay proteínas específicas encargadas de la movilización de oxígeno, cobre, hierro y lípidos tales como la hemoglobina, la globulina y las lipoproteínas.

Estructural: forman estructuras protectoras externas tales como cuernos, las escamas y la piel también se encuentra en el pelo de los mamíferos y las plumas de las aves. Intervienen en la formación de tejidos constituyendo una fracción importante de la sustancia intercelular. Representan el 52 % de la estructura de la membrana celular.

Catalítica: las enzimas son proteínas esenciales para el metabolismo pues actúan como catalizadores, es decir, aceleran las reacciones químicas que surgen en los seres vivos favoreciendo la obtención de energía y la regeneración celular a un ritmo impresionante. Sin las enzimas, las reacciones biológicas serían extremadamente lentas y no sería posible la vida.

Mecánica: interviene en el movimiento mecánico tanto a nivel celular como orgánico y corporal. Esta función la desempeñan las proteínas contráctiles, tales como la actina, la miosina y la tropomiosina de las fibras musculares en los animales.

2. COMPOSICIÓN a) Aminoácidos. Es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH; ácido). Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación que libera agua formando un enlace peptídico. Estos dos "residuos" aminoacídicos forman un dipéptido. Si se une un tercer

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aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente, para formar un polipéptido. Esta reacción ocurre de manera natural en los ribosomas, tanto los que están libres en el citosol como los asociados al retículo endoplasmático. Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son alfaaminoácidos, lo que indica que el grupo amino está unido al carbono alfa, es decir, al carbono contiguo al grupo carboxilo. Por lo tanto, están formados por un carbono alfa unido a un grupo carboxilo, a un grupo amino, a un hidrógeno y a una cadena (habitualmente denominada R) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de los diferentes aminoácidos; existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero sólo entre 20 forman parte de las proteínas.

Fig. 43. ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE UN AMINOÁCIDO

Fig. 44. ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE UN AMINOÁCIDO

Dichos grupos funcionales poseen H en sus estructuras químicas, por lo cual son grupos susceptibles a los cambios de pH; por eso, al pH de la célula prácticamente ningún aminoácido se encuentra de esa forma, sino que se encuentra ionizado. Los aminoácidos a pH bajo (ácido) se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), y a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). Sin embargo, existe un pH específico para cada aminoácido, donde la carga positiva y la carga negativa son de la misma magnitud y el conjunto de la molécula es eléctricamente neutro. En este estado se dice que el aminoácido se encuentra en su forma de ion dipolar o zuitterión.

Fig. 45. ESTADOS ELÉCTRICOS DE LOS AMINOÁCIDOS

b) Péptidos. Son moléculas de dos o más aminoácidos. Se clasifican en dipéptidos, oligopéptidos y polipéptidos. Podemos agregar que las proteínas se encuentran dentro de los polipéptidos, ya que se caracterizan por presentar un número elevado de AA y su elevado peso molecular.

Fig. 46. FORMACIÓNDE UN DIPÉPTIDO

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3. ESTRUCTURA Es la manera como se organiza una proteína para adquirir cierta forma. Presentan una disposición característica en condiciones fisiológicas, pero si se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc., pierde la conformación y su función, proceso denominado desnaturalización. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la secuencia de aminoácidos. Para el estudio de la estructura es frecuente considerar una división en cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre está presente.

Fig. 47. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LAS PROTEINAS

4. DESNATURALIZACIÓN Si en una disolución de proteínas se producen cambios de pH, alteraciones en la concentración, agitación molecular o variaciones bruscas de temperatura, la solubilidad de las proteínas puede verse reducida hasta el punto de producirse su precipitación. Esto se debe a que los enlaces que mantienen la conformación globular se rompen y la proteína adopta la conformación filamentosa (primaria). De este modo, la capa de moléculas de agua no recubre completamente a las moléculas proteicas, las cuales tienden a unirse entre sí dando lugar a grandes partículas que precipitan. Las proteínas que se hallan en ese estado no pueden llevar a cabo la actividad para la que fueron diseñadas, en resumen, no son funcionales. Esta variación de la conformación se denomina desnaturalización. La desnaturalización no afecta a los enlaces peptídicos: al volver a las condiciones normales, puede darse el caso de que la proteína recupere la conformación primitiva, lo que se denomina renaturalización. Ejemplos de desnaturalización son: la leche cortada como consecuencia de la desnaturalización de la caseína, la precipitación de la clara de huevo al desnaturalizarse la ovoalbúmina por efecto del calor o la fijación de un peinado del cabello por efecto de calor sobre las queratinas del pelo. 5. CLASIFICACIÓN a) Según su forma: - Fibrosas: presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura secundaria atípica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. Algunos ejemplos de estas son queratina, colágeno y fibrina. - Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes polares como el agua. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y proteínas de transporte, son ejemplos de proteínas globulares. - Mixtas: posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra parte globular (en los extremos). b) Según su composición química: - Simples: su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (globulares y fibrosas).

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Conjugadas o heteroproteínas: su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas llamadas grupo prostético.

c) Según su función biológica: TIPOS EJEMPLOS P. protectoras de la sangre Toxinas Hormonas Proteínas estructurales

Anticuerpos, complemento, fibrinógeno, trombina. Toxina diftérica, venenos de serpiente, ricina, gosipina. Insulina, hormona adrenocorticópica, hormona del crecimiento. Queratina, esclerotina, fibroínas, colágenos, elastina, mucoproteínas.

TIPOS

EJEMPLOS Lactato deshidrogenasa, citocromo C, ADN polimerasa.

Enzimas Proteínas reserva

Ovoalbúmina, caseína, ferritina, gliadina.

Proteínas transportadoras

Hemoglobina, hemocianina, mioglobina.

Proteínas contráctiles

Miosina, actina, dineína.

Fig. 48. LOS 20 AMINOÁCIDOS

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¿Qué similitudes y qué diferencias existen entre un aminoácido, un polipéptido y una proteína? Relaciona la estructura (Fig. N.°…….) de una proteína a un teléfono alámbrico. Justifica la afirmación: ―toda proteína es un polipéptido, pero no todo polipéptido es una proteína‖ ¿De dónde obtenemos los aminoácidos que forman parte de nuestro cuerpo? ¿Cuál es el aminoácido más importante en nuestra dieta? ¿Cuáles es el elemento presente en las proteínas pero que no lo están en lípidos y glúcidos? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Química de la materia viva: vitaminas Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Describe las propiedades físicas y químicas de las vitaminas.  Argumenta la importancia de las vitaminas

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 03 2

Indicadores  Describe las propiedades físicas y químicas de las vitaminas teniendo en cuenta su estructura molecular, en textos.  Emite juicios acerca de la importancia de las vitaminas en función a casos propuestos.

Las vitaminas (del latín vita y el griego ammoniakós) son compuestos heterogéneos imprescindibles para la vida, que al ingerirlas de forma equilibrada y en dosis esenciales puede ser trascendental para promover el correcto funcionamiento fisiológico. La gran mayoria de las vitaminas esenciales no pueden ser sintetizadas por el organismo, por lo que éste no puede obtenerlos más que a través de la ingesta equilibrada de vitaminas contenida en los alimentos naturales. Las vitaminas son nutrientes que junto a otas sustancias actúan como catalizadoras de todos los procesos fisiológicos. Las vitaminas son precursoras de coenzimas, grupos prostéticos de las enzimas. Esto significa, que la molécula de la vitamina, con un pequeño cambio en su estructura, pasa a ser la molécula activa. Los requerimientos mínimos diarios de las vitaminas no son muy altos, se ne cesitan tan solo dosis de miligramos o microgramos contenidas en grandes cantidades (proporcionalmente hablando) de alimentos naturales. Tanto la deficiencia como el exceso de los niveles vitamínicos corporales pueden producir enfermedades que van desde leves a graves e incluso muy graves como la pelagra o la demencia entre otras, e incluso la muerte. Es incorrecto denominar la deficiencia de vitaminas con la palabra "hipovitaminosis" (lo correcto es decir avitaminosis cuando se quiera referir a la deficiencia vitaminica), mientras que a los niveles corporales excesivos de vitaminas se le denomina hipervitaminosis. Esta demostrado que las vitaminas del grupo "B" (complejo B) son imprescindibles para el correcto funcionamiento del cerebro y el metabolismo corporal. Las vitaminas del complejo "B" son hidrosolubles debido a esto son eliminadas principalmente por la orina, esto hace que sea necesaria la ingesta diaria y constante de todas las vitaminas del complejo "B" (contenidas en los alimentos naturales). Las vitaminas se suelen clasificar según su solubilidad en agua o en lípidos. Las solubles en agua se llaman hidrosolubles mientras que las solubles en grasas son las liposolubles. Estas últimas son peligrosas en grandes dosis porque el organismo no las puede eliminar fácilmente. NOMBRE

FUENTE

FUNCIÓN

Vitamina A o retinol

- Vegetales (verduras amarillas como la zanahoria y nabo) - Mantequilla y queso - Hígado de pescado

- Mantenimiento de las células epiteliales. - Favorece el funcionamiento normal de los ojos y las membranas mucosas.

Vitaminas D o calciferol

- Aceite de hígado de bacalao, pescado - Huevo, leche, polen - Exponer la piel al sol

- Metabolismo de calcio fosfato - Formación de huesos dientes

Vitamina E o tocoferol

- Metabolismo normal de los músculos. - Necesaria para la fertilidad de los animales.

Vitamina K o vitamina antihemorrá gica

- Alfalfa - Lechuga - Bacterias de la flora intestinal

Aceites vegetales Carne Espinacas En las semillas

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y y

- Formación de la protrombina en el hígado.

ENFERMEDAD Córnea seca, falta de secreción de lágrimas. Ceguera nocturna Descamación de la piel Detención en el crecimiento. La escacez causa raquitismo en niños y osteomalacia en adultos. En exceso, produce la calciferación de los tejidos blandos. Esterilidad en las aves y ratas machos. Degeneración de los testículos. Distrofia muscular Trastornos de la coagulación sanguínea. Hemorragias subcutáneas e intramusculares.

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Vitamina B1

- Cereales, leguminosas y hortalizas. - Se encuentra ampliamente distribuida y solo falta en el arroz que lo contiene en la cascarilla.

- Interviene en la síntesis de la coenzima de las carboxilasas. - Tiene un papel importante en la descarboxilación del ácido pirúvico y en el ciclo de Krebs.

- Beri-beri, que es una enfermedad típica del medio oriente y afecta a personas cuya dieta se compone de arroz descascarillado.

Vitamina B2

- Levadura - Cerales - Leche

- Forma parte de la rivoflavina fosfato. - Interviene en el metabolismo y sistema de transporte de electrones.

- Queilosis (rajadura de labios). - Dermatitis, escoriaciones en la piel.

Vitamina B3

Vitamina B5

Vitamina B6

Vitamina B12

Vitamina C o vitamina antiescorbút ica

Levaduras Cereales Germen de trigo En visceras (riñón e hígado)

Levaduras Frutas Cereales Legumbres Levaduras Semillas de cereales (trigo, maíz) - Hígado - Pescado - Carnes (no existen en vegetales)

- Cítricos (naranjas, limón, etc.) - Verduras

- Forma parte del NAD.

- Es un componente de la conenzima, interviene en el metabolismo. - Interviene metabolismo aminoácidos.

en de

el los

- Enfermedad conocida como flgra o mal de la rosa, esta denominación se debe a que la persona afectada presenta escoriaciones con el enrojecimiento correspondiente de la piel. - Calvicie - En los animales, su falta ocasiona agrietamiento del pelo. - Seborrea - Dermatitis - Trastornos nerviosos

- Interviene en la formación del ADN.

- Anemia perniciosa (disminución del número de eritrocitos)

- Formación intercelular

- Escorbuto (su cuadro clínico es muy complejo y está caracterizado por hemorragias internas, dolor de encías, degeneración de los dientes, dolor en articulaciones, etc.).

sustancia

CLASIFICACIÓN DE LAS VITAMINAS

Fig. 49: VITAMINAS HIDROSOLUBLES

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Fig. 50: VITAMINAS LIPOSOLUBLES

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1. Lee los casos de estudio siguientes y realiza las tareas planteadas. CASO 1. Se trata de una mujer de 40 años de edad, con cuatro hijos, proviene de un caserío en la provincia de Julcán, donde no existe un centro de salud cercano. En su dieta ella omite muchas veces la leche, quesos y carnes rojas. Entre los síntomas que presenta podemos mencionar que sus uñas están muy blandas, le duelen los huesos. CASO 2. Una adolescente con muy baja autoestima, que se induce inclusive a cortarse la piel de los brazos, con el fin de suicidarse, se le nota muy depresiva, odia a la mamá, proviene de un hogar disfuncional (papá en el extranjero), recibe órdenes únicamente de personas que la tratan con cariño y dándole su lugar como persona responsable.

2. 3.

4. 5. 6.

Tareas - Identificar la vitamina en déficit. - Proponer alternativas de solución viables (acorde a su edad, condición socioeconómica, sexo, etc.) - Identificar tres alimentos ricos de la vitamina en mención. - Redactar una opinión respecto a la importancia de las vitaminas (máximo cinco líneas). ¿Todos los seres vivos necesitamos vitaminas? ¿Por qué? En una experiencia realizada con ratas se observó que al suministrarles una dieta con todas las biomoléculas, excepto las vitaminas, el crecimiento se detenía. Al agregar en la leche el suplemento de una pequeña cantidad de vitaminas, se promovía de nuevo el crecimiento (aumento en la cantidad de células). Las vitaminas, ¿tienen una función estructural? ¿Cómo explicarías su influencia en el crecimiento? ¿Qué organismos pueden sintetizar por sí mismos la vitamina C o ácido ascórbico? ¿Qué síntomas presentará un niño al cual no se ha alimentado adecuadamente desde el vientre de su madre (desnutrición crónica)? ¿Podrán revertirse estas deficiencias? ¿Por qué? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Química de la materia viva: ergomoléculas Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizaje esperado  Compara los mecanismos del metabolismo.  Describe la bioquímica de las ergomoléculas.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 04 2

Indicadores  Realiza un comparativo sobre el anabolismo y catabolismo, utilizando textos.  Realiza la fórmula del ATP, ADP y sus equivalentes bioquímicos en base a gráficas.

Comprende todas las reacciones químicas del cuerpo. Se trata de un proceso por el cual se establece el equilibrio de energía entre reacciones catabólicas, que son de descomposición, y las anabólicas, que corresponden a la síntesis. En conjunto, las reacciones catabólicas son exergónicas, es decir, producen más energía de la que consumen. En contraste las reacciones anabólicas son endergónicas, pues consumen más energía de la que generan. La molécula que participa con mayor frecuencia en los intercambios de energía en células vivas es el ATP, que acopla las reacciones catabólicas que libera energía y a las anabólicas que la necesitan.

Fig. 51: METABOLISMO

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Las reacciones metabólicas que se llevan a cabo dependen de la enzima que se active en una célula específica en un momento particular. A menudo las reacciones catabólicas se realizan en un compartimiento de una célula, por ejemplo, la mitocondria, en tanto que las de síntesis ocurren en otro sitio, como el retículo endoplasmático. Una molécula sintetizada en una reacción anabólica tiene una vida limitada. Con pocas excepciones, finalmente se desintegra y sus átomos componentes se reciclan en otras moléculas o se excretan del cuerpo. El reciclamiento de moléculas biológicas ocurre continuamente en los tejidos vivos, en unos con rapidez y en otros lentamente.

Fig. 52: REACCIÓN EXERGÓNICA

Fig. 53: REACCIÓN ENDERGÓNICA

1. CATABOLISMO Y ANABOLISMO Se llama catabolismo a las reacciones químicas por medio de las cuales las moléculas orgánicas complejas se descomponen en otras más simples. Dichas reacciones liberan la energía almacenada en esas moléculas orgánicas. Se pueden apreciar este tipo de reacciones en el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Las reacciones que combinan moléculas simples y monómeros para formar los complejos estructurales y funcionales se conocen en conjunto como anabolismo. Entre los ejemplos de este tipo de reacciones están la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos durante la síntesis de proteínas, la integración de ácidos grasos en los fosfolípidos que forman la bicapas de la membrana plasmática y la unión de monómeros de glucosa para formar glucógeno.

Fig. 54: CATABOLISMO

Fig. 55: ANABOLISMO

2. ACOPLAMIENTO DEL ANABOLISMO Y CATABOLISMO POR EL ATP Las reacciones químicas de los sistemas vivos dependen de la transferencia de cantidades adecuadas de energía de una molécula a otra. De estas, la que con mayor frecuencia ejecuta dicha tarea es el ATP, que constituye la fuente fundamental de Fig. 56: RELACIÓN ENTRE EL ANABOLISMO Y CATABOLISMO CON EL ATP una célula viva y siempre está disponible para que lleven a cabo actividades celulares; se gasta y reconstituye una y otra vez. Una célula típica posee alrededor de mil millones de moléculas de ATP, cada una de las cuales de manera característica, dura menos de un minuto antes de ser utilizada. Por tanto esta molécula no es una forma de energía que se pueda almacenar por largo plazo, sino que se puede usar en todo momento.

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Recordemos que la molécula de ATP, consta de una molécula de adenina, una de ribosa y tres grupos fosfato unidos entre sí. Cuando el grupo fosfato terminal se desprende del ATP en las reacciones anabólicas, se forma tanto difosfato de adenosina (ADP) como un grupo fosfato (simbolizado por una P). Parte de la energía liberada se usa para generar reacciones anabólicas como la formación de glucógeno a partir de glucosa. Subsecuentemente, la energía de las moléculas complejas se emplea en reacciones catabólicas para combinar ADP con un grupo fosfato y resintetizar ATP.

ADP + P + energía  ATP Alrededor de 40% de la energía liberada en el catabolismo se emplea en las funciones celulares; el resto se convierte en calor, parte del cual ayuda a mantener la temperatura normal del cuerpo. El exceso de calor se pierde en el ambiente, pero recordemos que el cuerpo tiene necesidad continua de captar y procesar energía de fuentes externas para que las células puedan sintetizar suficiente ATP para mantener la vida. 3. REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN El metabolismo consta de una serie de reacciones químicas de oxidación y reducción que van de la mano. Mientras que en la oxidación se pierden electrones, en la reducción se ganan electrones. Las moléculas se oxidan y se reducen, intercambiando, también, átomos de hidrógeno, lo que involucra una transferencia de electrones: H = H+ + eLas moléculas que aceptan y transportan el H + en el metabolismo de los organismos son dos coenzimas: NAD (nicotinamín adenín dinucleótido), un derivado de la vitamina B1 (niacina). Cuando se reduce, toma la forma NADH+. FAD (flavin adenín dinucleótido), un derivado de la vitamina B2 (riboflavina). Cuando se reduce, toma la forma de FADH+. Los electrones son aceptados y transportados por enzimas, liberan energía al pasar de un transportador a otro, que luego es almacenada en las moléculas de ATP.

ADENOSÍN TRIFOSFATO El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP) es un nucleótido básico en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumida por muchos enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula es C10H16N5O13P3. Fig. 57: MOLÉCULA DE ADENOSIN TRIFOSFATO

Fig. 58: DESCRIPCIÓN DE LA MOLÉCULA DE ADP

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Fig. 59: DESCRIPCIÓN DE LA MOLÉCULA DE ATP

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ADENOSÍN DIFOSFATO El adenosín difosfato (ADP) es un nucleótido difosfato, es decir, un compuesto químico formado por un nucleósido y dos radicales fosfato. En este caso el nucleósido lo componen una base púrica, la adenina, y un azúcar del tipo pentosa que es la ribosa. Es la parte sin fosforilar del ATP. Se produce ADP cuando hay alguna descarboxilación en algunos de los compuestos de la glucólisis en el ciclo de Krebs.

Fig. 60: MOLÉCULA DE ADENOSIN TRIFOSFATO

Fig. 61: DESCOMPOSICIÓN DE LA MOLÉCULA DE ATP

Fig. 62: SÍNTESIS DE LA MOLÉCULA DE ATP

1. Da dos ejemplos de anabolismo y dos ejemplos de catabolismo. 2. ¿Pueden los procesos anabólicos desligarse de los catabólicos? ¿Por qué? ¿Qué sucedería si solo hubiese anabolismo? 3. ¿Cuál es la importancia de las ergomoléculas en nuestra vida diaria? 4. ¿A qué se debe que el ATP pueda almacenar gran cantidad de energía? 5. ¿Qué hace posible que el ATP pueda desprenderse de un fosfato? 6. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Química de la materia viva: enzimas Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Describe la estructura y funciones de las enzimas.  Clasifica las enzimas.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 05 2

Indicadores  Realiza cuadros descriptivos de las funciones y actividades químicas de las enzimas.  Clasifica las enzimas en base a su actividad bioquímica, de acuerdo a ejemplos propuestos.

En bioquímica, se llaman enzimas a las sustancias de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sea termodinámicamente posible. En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en diferentes moléculas, los productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran en tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas. Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones de entre otras posibilidades, el conjunto de enzimas sintetizadas en una célula determina el metabolismo que ocurre en cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica. Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.

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Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que ellas catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4 000 reacciones bioquímicas distintas. No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones. La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan la actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato y otros factores físico-químicos. Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibióticos y productos domésticos de limpieza. Además, ampliamente utilizadas en variados procesos industriales, como son la fabricación de alimentos, destinción de jeans o producción de biocombustibles.

Fig. 63: ACCIÓN ENZIMÁTICA

1. ESTRUCTURA Y MECANISMOS Las enzimas son generalmente proteínas globulares que pueden presentar tamaños muy variables, desde 62 aminoácidos como en el caso de la 4-oxalocrotonato tautomerasa, hasta los 2 500 presentes en la sintasa de ácidos grasos. Casi todas las enzimas son mucho más grandes que los sustratos sobre los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima (alrededor de 3 a 4 aminoácidos) está directamente involucrada en la catálisis. La región que contiene estos residuos encargados de catalizar la reacción es conocida como centro activo. Las enzimas también pueden contener sitios con la capacidad de unir cofactores, necesarios a veces en el proceso de catálisis, o de unir pequeñas moléculas, como los sustratos o productos (directos o indirectos) de la reacción catalizada. Estas uniones pueden incrementar o disminuir la actividad enzimática. La mayoría de las enzimas, al igual que el resto de las proteínas, pueden ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor, los pH extremos o ciertos compuestos. Estos agentes destruyen la estructura terciaria de las proteínas de forma reversible o irreversible, dependiendo de la enzima y de la condición.

Fig. 64: MODELO LLAVE - CERRADURA

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2. ESPECIFICIDAD Las enzimas suelen ser muy específicas tanto del tipo de reacción que catalizan como del sustrato involucrado en la reacción. La forma, la carga y las características hidrofílicas/hidrofóbicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad. Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precisión en su actividad son aquellas involucradas en la replicación y expresión del genoma. Estas enzimas tienen eficientes sistemas de comprobación y corrección de errores, como en el caso de la ADN polimerasa, que cataliza una reacción de replicación en un primer paso, para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el correcto. -

MODELO DE LA "LLAVE-CERRADURA" Las enzimas son muy específicas, esto fue sugerido por Emil Fisher en 1894. En base a sus resultados dedujo que ambas moléculas (enzima y sustrato) poseen complementariedad geométrica, cuyas formas encajan exactamente una con otra. Esto es citado comúnmente como "la llave-cerradura", refiriéndose a la enzima como una especie de cerradura y al sustrato como una llave que encaja de forma perfecta en la cerradura. Sin embargo, si bien este modelo explica la especificidad de las enzimas, falla al explicar la estabilización del estado de transición que las enzimas logran.

MODELO DEL ENCAJE INDUCIDO En 1958, Daniel Koshland sugiere una modificación al modelo de la llave-cerradura: las enzimas son estructuras bastante flexibles, el sitio activo puede ser reformado por la interacción con el sustrato. Como resultado de ello, la cadena aminoacídica que compone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas que permite a la enzima llevar a cabo su función catalítica. En algunos casos, como en las glicosidasas, el sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo.

3. MODULACIÓN ALOSTÉRICA La acción enzimática se intensifica o inhibe mediante pequeñas moléculas orgánicas que actúan como reguladores. El regulador no es ni sustrato ni producto de la enzima, pero podría ser el producto final de una serie de reacciones en las que la enzima participa. La molécula reguladora se une a un sitio regulador alostérico especial de la enzima. Como resultado de esta unión, el sitio se transforma y la enzima podría volverse más capaz o bien menos capaz de unirse con sustratos. 4. CLASIFICACIÓN Existe una clasificación normalizada con 6 categorías principales dependiendo de la reacción que catalice la enzima.  Oxirreductasas. Catalizan reacciones de oxidorreducción o redox. Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas.  Transferasas. Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Ejemplos: transaminasas, quinasas.  Hidrolasas. Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.  Isomerasas. Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de función o de posición. Ejemplo: epimerasas (mutasa).  Liasas. Catalizan reacciones en las que se forman un doble enlace o se añade a un doble enlace. Ejemplos: descarboxilasas, liasas.  Ligasas. Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante al acoplamiento a sustancias de alto valor energético (como el ATP). Ejemplos: sintetasas, carboxilasas.

Fig. 65: RETROALIMENTACIÓN PARA EL CONTROL DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA

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CATALIZADORES CONDICIONES DE UN CATALIZADOR CONDICIONES DE CATALIZADORES INORGÁNICO BIOLÓGICOS (ENZIMAS) 1. Los catalizadores aceleran las 1. Las enzimas suelen ser mucho más reacciones. específicas y catalizan, cuando muchos, unos cuantos tipos de reacciones químicas. Casi 2. Los catalizadores solo pueden acelerar siempre una enzima cataliza una sola reacciones que de todos modos serían reacción en la que intervienen una o dos espontáneas, aunque mucho más moléculas específicas, pero no afecta a otras lentas. moléculas similares. 3. Los catalizadores no se consumen en las reacciones que promueven. Por más 2. En muchos casos la actividad enzimática es reacciones que aceleren, los regulada - es decir, intensificada o catalizadores mismos no sufren ningún suprimida- por las propias moléculas cuyas cambio permanente. reacciones las enzimas catalizan. 1. 2. 3. 4. 5.

¿Cómo se puede disminuir la energía de activación de una reacción? ¿Por qué se dice que las enzimas son específicas? ¿Cuáles son la enzimas que son usadas en la duplicación del ADN antes de una mitosis? ¿Por qué son tan específicos los complejos enzima - sustrato? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Ácidos nucleicos : ADN y ARN Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizaje esperado  Identifica los componentes de los ácidos nucleicos.  Compara características estructurales y funcionales del ADN Y ARN.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 07 2

Indicadores  Realiza marcas en una imagen, señalando los compuestos que conforman al ARN y ADN.  Establece semejanzas y diferencias en base a criterios estructurales y funcionales entre el ARN y ADN.

Son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómeros llamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman así, largas cadenas o polinucleótidos, lo que hace que algunas de estas moléculas lleguen a alcanzar tamaños gigantes (millones de nucleótidos de largo). Constituyen del 5% al 15% del peso en seco de todas las células. Son constantes en todos los seres vivos donde participan en el almacenamiento y transmisión de la información genética. Fueron descubiertos en 1868 por Miescher en glóbulos blancos de secreción purulenta, posteriormente los aislaron por primera vez del núcleo celular, donde se descubrió su carácter ácido y en 1953, Watson y Crick lograron determinar la estructura molecular de uno de ellos. Son importantes en los seres vivos porque dirigen la síntesis de todas las proteínas, determinan la gran variabilidad individual dentro de una especie, constituyen la materia prima de la evolución y permiten transmitir características de una a otra generación.

Fig. 66: ADENINA

Fig. 67: GUANINA

Fig. 68: CITOSINA

Fig. 69: TIMINA

Fig. 70: URACILO

Fig. 71: RIBOSA

Fig. 72: ÁCIDO FOSFÓRICO

Fig. 73: DESOXIRRIBOSA

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ESTRUCTURA MOLECULAR 1. Nucleótidos: son los monómeros, unidades moleculares, de los ácidos nucleicos. Están compuestos de: una pentosa (ribosa o desoxirribosa), un grupo fosfato y una base nitrogenada (purina o pirimidina). Cumplen funciones estructurales, mensajeros, energéticos También se pueden definir como ésteres de nucleósidos con el ácido fosfórico. Un nucleósido está constituido por una base nitrogenada, y una pentosa, unidos mediante enlace glucosídico. A continuación, analizaremos los componentes de un nucleótido. a) Ácido fosfórico: molécula responsable del carácter ácido de los ácidos nucleicos. Es vital en la polimerización de los nucleótidos.

Fig. 74: ESTRUCTURA DE UN NUCLEÓTIDO

b) Pentosa: en el ARN, la pentosa es la ribosa, mientras que en el ARN, es la desoxirribosa formada por la desoxigenación de uno de los grupos hidroxilo (unido al carbono 2). c) Bases nitrogenadas: son biomoléculas de naturaleza aromática heterocíclica, por presentar átomos de N y C en sus anillos. Se clasifican en purinas (constituidas por dos anillos) y pirimidinas (constituidas por un solo anillo). 2. Enlace fosfodiéster: es el enlace característico de los ácidos nucleicos. Resulta de la reacción entre el ácido fosfórico de un nucleótido con el grupo oxhidrilo de la pentosa de otro nucleótido, este proceso le permite la liberación de una molécula de agua.

El ARN está constituido por una cadena de polirribonucleótidos. Se encuentra constituido por ribosa, ácido fosfórico y una base nitrogenada (C, G, A, U). CLASES DE DE ARN a) ARNhn (heterogéneo nuclear): se elabora a partir de una cadena molde de ADN, en el interior del núcleo. Es el precursor del ARNm, ARNt y ARNr. b) ARNm (mensajero): es la molécula lineal que sale del núcleo hacia los ribosomas con la información para que estos sinteticen proteínas y se encuentra por ribonucleótidos. Es, por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el nucleoplasma del núcleo celular y de allí accede al citosol, donde se hallan los ribosomas, a través de los poros de la envoltura nuclear. c) ARNt (transferencia): es un tipo de ARN cuya función es transportar y adaptar Fig. 75: SEGMENTO DE LA CADENA DE ARN aminoácidos durante la síntesis de proteínas. Son cadenas de polirribonucleótidos de aproximadamente 70 a 90 nucleótidos. d) ARNr (ribosomal): es el ARN que constituye aproximadamente el 65% de la composición de ribosomas. En la subunidad menor de los ribosomas, hay solo una molécula de ARNr, mientras que en la subunidad mayor, son dos moléculas de ARNr.

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Es una macromolécula que forma parte de todas las células. Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, siendo el responsable de su transmisión hereditaria. Al ser un polímero de nucleótidos forman largas cadenas donde el sitio de unión lo constituye el grupo fosfato. Lo que distingue a un nucleótido de otro es la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno. Las secuencias de ADN que constituyen la unidad fundamental, física y funcional de la herencia se denominan genes. Cada gen contiene una parte que se transcribe a ARN y otra que se encarga de definir cuándo y dónde deben expresarse. La información contenida en los genes (genética) se emplea para generar ARN y proteínas, que son los componentes básicos de las células, los "ladrillos" que se utilizan para la construcción de los orgánulos celulares, entre otras funciones. Dentro de las células, el ADN está organizado en estructuras llamadas cromosomas que, durante el ciclo celular, se duplican antes de que la célula se divida. Los organismos eucariotas (por ejemplo, animales, plantas, y hongos) almacenan la inmensa mayoría de su ADN dentro del núcleo celular y una mínima parte en los elementos celulares llamados mitocondrias, y en los plastos, en caso de tenerlos; los organismos procariotas (bacterias y arqueas) lo almacenan en el citoplasma de la célula. Existen multitud de proteínas, como por ejemplo las histonas y los factores de transcripción, que se unen al ADN dotándolo de una estructura tridimensional determinada y regulando su expresión. El material genético completo de una dotación cromosómica se denomina genoma y, con pequeñas variaciones, es característico de cada especie.

Fig. 76: SEGMENTO DE LA CADENA DE ADN

ADN Y LA DOBLE HÉLICE James Watson y Francis Crick, construyeron un modelo de la doble hélice y concluyeron que estaba formado por dos cadenas de polidesoxirribonucleótidos, antiparalelas, complementarias y helicoidales. Cadenas polidesoxirribonucleótidas por estar formada por desoxirribonucleótidos unidos mediante enlace fosfodiéster. Cadenas antiparalelas porque tienen dirección opuesta.

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Cadenas complementarias porque se mantienen unidad mediante puente de hidrógeno y se establece entre purinas y pirimidinas, quedando exceptuado la unión entre bases de la misma naturaleza. Cadenas diferentes, porque si la cadena tiene una secuencia A-T-G-C, la secuencia de la otra cadena será T-A-C-G. Cadenas helicoidales porque presenta una doble hélice.

Tipo de polinucleótidos Tipo de nucleótido Ácido Pentosa Purinas Pirimidinas Estructura tridimensional Función Localización

ADN Ácido desoxirribonucleico Dos polidesoxirribonucleicos (bicatenario) Desorribonucleótidos

ARN Ácido ribonucleico 1 polirribonucleicos (monocatenario)

Fosfórico Desoxirribosa Adenina y guanina Citosina y timina Doble hélice

Fosfórico Ribosa Adenina y guanina Citosina y uracilo Lineal (ARNm y ARNh), trébol (ARNt), globular (ARNr) Expresa información hereditaria Nucléolo de células eucarióticas Ribosomas procarióticos y eucarióticos Mitocondrias y plastidios Citoplasma de toda célula

Almacena información hereditaria Cromosoma bacteriano Cromatina del núcleo de células eucarióticas Cromosomas mitóticos y meióticos Mitocondrias y plastidios

Ribonucleótidos

Fig. 77: ESTRUCTURA MOLECULAR DEL ADN

1. Establece dos diferencias estructurales entre los tipos de base, ribosa y desoxirribosa, para ello observa las fórmulas de la separata. 2. Observa el gráfico anterior y señala mediante flechas los tipos de cadenas a las que se hace referencia. 3. ¿Cuál es el nombre de la reacción química con la cual se catalizan a un dinucleótido o polinucleótido? 4. Analiza la fórmula del ATP y de algún nucleótido estudiado, ¿encuentras alguna diferencia o semejanza? Sustenta tu respuesta. 5. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

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Procesos del ADN: replicación Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizaje esperado  Describe la replicación del ADN.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 08 2

Indicadores  Realiza un cuadro descriptivo con las principales etapas de la replicación del ADN, haciendo uso de criterios.  Coloca nombres a las etapas de la replicación del ADN en láminas y/o diapositivas mudas.

No fue sino hasta el siglo XX que se determinó que cada célula posee una molécula responsable de lo que es, y que contiene la información genética recibida de sus progenitoras. Esa molécula es el ADN, el cual está organizado en genes, una clave ordenada en función de cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina. Dogma central de la biología Indica el proceso por el cual los genes se expresan (sintetizan) en proteínas. Este dogma se representa de la siguiente manera:

Fig. 78: PROCESOS EN LOS QUE ESTÁN INVOLUCRADOS LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

REPLICACIÓN DEL DNA La replicación del DNA es un acontecimiento crítico en la vida de una célula. Las células se reproducen mediante un complejo proceso de división celular que produce dos células hijas a partir de una sola célula madre. Para producir células hijas sanas, la división celular debe garantizar que cada célula hija reciba una copia de toda la información genética de la célula madre. En consecuencia, en una etapa temprana de la división celular, la célula parental debe sintetizar dos copias exactas de su DNA, proceso que se conoce como replicación del DNA. Muchas de las células de un ser humano adulto nunca se dividen y, por tanto, no replican su DNA. En la mayoría de los miles de células que sí se dividen, la iniciación de la replicación del DNA compromete irreversiblemente a la célula a dividirse. Si una célula intentara replicar su DNA sin acumular los materiales o la energía suficiente para completar el proceso, podría morir. En consecuencia, el momento de la replicación está regulado de un modo primoroso. Esta regulación asegura que la replicación del DNA no se inicie a menos que la célula esté preparada para dividirse, y no antes. Estos controles también garantizan que el DNA de la célula se replique exactamente una vez, ni más, ni menos, antes de cada división celular. La replicación del DNA produce dos dobles hélices de DNA, cada una con una cadena antigua y una nueva. Fig. 79: ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA REPLICACIÓN DEL DNA

Una vez que toma la "decisión" de dividirse, la célula replica su DNA. Recordemos que el DNA de la célula está contenido en las estructuras llamadas cromosomas. Cada cromosoma contiene una sola doble hélice de DNA. La replicación del DNA produce dos dobles hélices de DNA idénticas, cada una de las cuales será transmitida, dentro de su cromosoma, a una de las nuevas células hijas. La replicación del DNA se inicia cuando las enzimas separan la doble hélice de DNA parental, de tal manera que las bases de las dos cadenas de DNA parentales ya no forman pares de bases entre sí. Otras enzimas avanzan a lo largo de cada cadena de DNA parental, seleccionando nucleótidos libres con bases que son complementarias respecto a la cadena de DNA parental. Las enzimas unen estos nucleótidos

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libres para formar dos nuevas cadenas de DNA, cada una complementaria respecto a una de las cadenas de DNA parentales. Cuando la replicación ha concluido, una cadena de DNA parental y su recién sintetizada cadena hija complementaria de DNA se enrollan una alrededor de la otra para formar una doble hélice. Al mismo tiempo, la otra cadena parental y su cadena hija se enrollan para formar una segunda doble hélice. Al formar una nueva doble hélice, el proceso de replicación del DNA conserva una cadena de DNA parental y produce una cadena recién sintetizada. Es por ello que el proceso recibe el nombre de replicación semiconservativa. Estas nuevas dobles hélices se mantienen unidas mientras la célula se prepara para dividirse. El cromosoma recibe ahora el nombre de cromosoma duplicado. Cada cromosoma duplicado contiene dos cromátidas (o cromátidas hermanas). Dentro de cada cromátida hay una doble hélice de DNA idéntica, producto de la replicación del DNA. Cuando las Fig. 80: UN CROMOSOMA ANTES Y DESPUÉS DE LA REPLICACIÓN cromátidas hermanas se separan durante la división celular, cada célula hija recibe una cromátida. En consecuencia, ambas células hijas tienen exactamente la misma información genética que la célula parental. De esta manera se conserva la integridad de la información genética de una división celular a la siguiente. La DNA helicasa separa las cadenas de DNA parentales. Para la replicación del DNA es necesaria la acción de docenas de enzimas. Una enzima clave es la DNA helicasa, una "enzima que separa la hélice". Junto con otras enzimas afines, la DNA helicasa utiliza energía de ATP para romper los puentes de hidrógeno entre pares de bases complementarias que mantienen unidas las dos cadenas de DNA parentales. Esta actividad separa y desenrolla la doble hélice de DNA parental y forma una "burbuja" de replicación. En el interior de la burbuja de replicación, las bases nucleotídicas de las cadenas de DNA parentales ya no están apareadas unas con otras. Cada burbuja de replicación contiene dos "horquillas" de replicación donde las dos cadenas de DNA parentales no se han desenrollado aún. Estas horquillas de replicación se asemejan a una bifurcación de caminos. Imaginemos que viajamos por la doble hélice de DNA parental, por un lado de la burbuja de replicación. Al llegar a una horquilla de replicación, las dos cadenas de DNA se separan; en ese punto debemos elegir si seguimos una cadena de DNA parental o la otra. En las células eucarióticas se forman muchas burbujas de replicación simultáneamente en cada cromosoma, a fin de que todo el DNA se replique a tiempo, para que la división celular ocurra como es debido. Estas burbujas crecen a medida que la replicación del DNA avanza, hasta que, finalmente, las burbujas se encuentran al terminar la replicación.

Fig. 81: BURBUJA DE REPLICACIÓN

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La DNA polimerasa sintetiza cadenas nuevas de DNA. La DNA polimerasa ("enzima que hace un polímero de DNA") desempeña un papel crítico en la síntesis de nuevas cadenas de DNA. En cada horquilla de replicación, la DNA polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de DNA que son complementarias respecto a las dos cadenas parentales. Durante este proceso, la DNA polimerasa reconoce una base nucleotídica no apareada de la cadena parental y la combina con un nucleótido libre que tiene la base complementaria correcta. Por ejemplo, la DNA polimerasa aparea una base de adenina expuesta, de la cadena parental, con una base de timina de un nucleótido libre. A continuación, la DNA polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes que ligan el fosfato del nucleótido libre entrante con el azúcar del nucleótido previamente agregado en la cadena hija en crecimiento. De esta forma, la DNA polimerasa sintetiza el esqueleto de azúcar-fosfato de la cadena hija Una cadena de DNA se sintetiza en segmentos cortos que son unidos por la DNA ligasa. Al igual que otras enzimas, la DNA polimerasa es sumamente específica: sólo puede agregar nuevos nucleótidos al extremo con azúcar libre de la nueva cadena de DNA que está formando. Debido a que las dos cadenas de la doble hélice de DNA parental están orientadas en sentidos opuestos, las nuevas cadenas de DNA complementarias también deben ser sintetizadas en sentidos opuestos. Por tanto, a medida que la DNA helicasa avanza a lo largo de la doble hélice de DNA parental separando sus cadenas, una DNA polimerasa "avanza" en la misma dirección, agregando nucleótidos para formar una larga cadena hija continua de DNA. La segunda DNA polimerasa debe "avanzar" en sentido opuesto, agregando nucleótidos a una segunda cadena de DNA hija. Sin embargo, debido a que la doble hélice parental se desenrolla sólo un poco cada vez, esta DNA polimerasa no puede avanzar más que un trecho breve, antes de encontrar una región de DNA que no está desenrollada, donde se ve obligada a detenerse. Por consiguiente, la DNA polimerasa debe sintetizar la cadena hija en segmentos pequeños. Estos segmentos son unidos entre sí posteriormente por otra enzima, la DNA ligasa (―enzima que liga DNA"). El proceso de unión se repite hasta 10 millones de veces en el caso de un solo cromosoma humano, hasta completar la síntesis de la cadena hija. La DNA ligasa también une las cadenas de DNA sintetizadas por horquillas de replicación adyacentes y desempeña un importante papel en la reparación del DNA que ha sido dañado por la luz solar. Algunos experimentos recientes arrojan nueva luz en la estructura de la DNA polimerasa y en su interacción con las cadenas de DNA parentales. La DNA polimerasa rodea parcialmente la cadena de DNA parental, colocando a ésta en posición dentro de un surco de la estructura de la DNA polimerasa. Al parecer, la DNA polimerasa tira de la cadena parental para hacerla pasar por este surco, a medida que sintetiza la nueva cadena de DNA hija. Así pues, la DNA polimerasa parece hallarse fija, en tanto que la cadena de DNA parental pasa a través de ella. Ambas unidades de DNA polimerasa están orientadas en el mismo sentido. Una de las cadenas de DNA parentales pasa directamente a través de la DNA polimerasa. Esta cadena parental puede ser usada por la DNA polimerasa para sintetizar una nueva cadena complementaria larga y continua. Sin embargo, la otra cadena parental forma un lazo, a fin de colocarse en la orientación correcta, respecto a la DNA polimerasa. La nueva cadena de DNA que es complementaria a esta cadena de DNA parental que forma el lazo debe ser sintetizada en segmentos cortos. La corrección permite lograr una replicación del DNA prácticamente libre de errores. La especificidad de la formación de puentes de hidrógeno entre pares de bases complementarias proporciona gran exactitud a la replicación del DNA. No obstante, ninguno de los procesos que se llevan a cabo en las células es perfecto, ni siquiera la replicación de DNA. En parte, por ser tan rápida la replicación (hasta 700 nucleótidos por segundo), la DNA polimerasa enlaza las bases incorrectamente alrededor de una vez por cada 10 000 pares de bases. Sin embargo, las cadenas de DNA terminadas contienen sólo aproximadamente un error en cada mil millones de pares de bases. Esta exactitud fenomenal se consigue mediante la acción de diversas enzimas reparadoras del DNA, entre ellas ciertas formas de DNA polimerasa. Estas enzimas "corrigen" cada una de las cadenas hijas, durante y después de su síntesis, y efectúan las reparaciones necesarias. Pero a veces se producen errores. Pese a esta asombrosa exactitud, ni nosotros ni cualquier otra forma de vida estamos a salvo de sufrir daños en el DNA. Además de los errores que se producen durante la replicación del DNA, el DNA de cada célula de nuestro cuerpo pierde alrededor de 10 000 bases cada día, debido a una descomposición química espontánea, ¡simplemente porque la temperatura de nuestro organismo es de alrededor de 36.5°C! Diversas condiciones ambientales también pueden dañar el DNA. Por ejemplo, siempre que nos exponemos al sol, el DNA de algunas de nuestras células cutáneas sufre daños producidos por la luz ultravioleta. No obstante que ciertas enzimas especiales reparadoras del DNA están continuamente listas para reparar estos daños, es inevitable que algunos errores no sean reparados. Una célula con daños en su DNA puede funcionar de manera normal (por ejemplo, si estos daños se producen en un segmento no crítico del DNA), puede sobrevivir, pero sin funcionar con la misma eficiencia de antes, o puede morir. El deterioro de la exactitud de la replicación del DNA, a medida que las personas envejecen, puede contribuir al proceso de envejecimiento.

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Fig. 82: DETALLES DE LA REPLICACIÓN DEL DNA

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¿Es lo mismo replicación que duplicación? ¿A qué se refieren con bases complementarias? ¿Qué significa polimerasa? ¿Cuáles serían las consecuencias si nuestras células no sintetizaran la DNA polimerasa? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

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Transcripción del ADN y traducción de proteínas Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Describe la transcripción del DNA y traducción de proteínas.

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Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 09 2

Indicadores  Realiza un cuadro descriptivo con las principales etapas de la transcripción del DNA y traducción de proteínas, haciendo uso de criterios.  Coloca nombres a las etapas de la transcripción del DNA y traducción de proteínas en láminas y/o diapositivas mudas.

TRANSCRIPCIÓN DEL DNA ¿Cómo se transcribe la información de un gen al RNA? Podemos ver la transcripción como un proceso consistente en tres etapas: iniciación, alargamiento y terminación. Estas tres etapas corresponden a las tres partes principales de la mayor parte de los genes, tanto de los eucariotas como de los procariotas: una región del promotor al principio del gen, donde ocurre el inicio de la transcripción; el "cuerpo" del gen donde se produce el alargamiento de la cadena de RNA; y una señal de terminación al final del gen, donde cesa, o termina, la síntesis de RNA.

Fig. 83: TIPOS DE MOLÉCULAS DE RNA

Fig. 84: LA TRANSCRIPCIÓN GENÉTICA FLUYE DEL DNA AL RNA Y LAS PROTEÍNAS

La transcripción se inicia cuando la RNA polimerasa se une al promotor de un gen. Una versión diferente de la enzima RNA polimerasa sintetiza cada uno de los tipos principales de RNA: RNAm, RNAt y RNAr. Para iniciar la transcripción, la RNA polimerasa debe localizar en primer término el comienzo de los genes que habrán de transcribirse en esa célula en particular. Esto no es tarea fácil. Se estima que una célula humana contiene alrededor de 30 000 genes, la mayor parte de los cuales se transcriben sólo en algunas células, únicamente en determinados momentos o sólo en algunos individuos. Por tanto, la RNA polimerasa debe seleccionar de alguna manera los genes apropiados que deberán transcribirse en cada tipo de célula y en cada etapa de la vida de la célula. Esta regulación exige la presencia de regiones de control dentro del gen, entre ellas la región del promotor. El promotor es una secuencia no transcrita de bases de DNA que señala el comienzo del gen. De acuerdo con las condiciones que prevalecen dentro y fuera de la célula, algunas proteínas se unen a las regiones de control de un gen para impedir o favorecer la unión de la RNA polimerasa con el promotor. Por lo regular, si la RNA polimerasa se une al promotor, se inicia la transcripción de ese gen. El alargamiento prosigue hasta que la RNA polimerasa llega a una señal de terminación. Cuando se une al promotor de un gen, la RNA polimerasa cambia de forma y obliga a la doble hélice de DNA del comienzo de un gen a desenrollarse parcialmente. La RNA polimerasa avanza entonces en un sentido, a lo largo de una de las cadenas de DNA, sintetizando una cadena individual de RNA que es

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complementaria respecto a esa cadena de DNA. A esta cadena de DNA se le da el nombre de cadena molde. Durante el proceso de transcripción, el RNA forma los mismos pares de bases que el salvo que en el RNA es uracilo, en vez de timina, lo que se aparea con la adenina. Cuando se han agregado aproximadamente 10 nucleótidos a la cadena de RNA en crecimiento, los primeros nucleótidos de la molécula de RNA se separan de la cadena molde de DNA. Esta separación permite que las dos cadenas de DNA formen nuevamente los pares de bases de DNA–DNA de la doble hélice de DNA original. De esta manera, a medida que la transcripción continúa alargando la molécula de RNA, un extremo del RNA se desvía del DNA; el otro extremo permanece unido a la cadena molde de DNA, por medio de la RNA polimerasa. La RNA polimerasa continúa avanzando a lo largo de la cadena molde, hasta que alcanza una secuencia de bases de DNA del gen conocida como señal de terminación. En este punto, la RNA polimerasa libera la molécula de RNA terminada y se desprende del DNA. La RNA polimerasa queda libre entonces para unirse a otro promotor y sintetizar otra molécula de RNA.

Fig. 85: LA TRANSCRIPCIÓN SE LLEVA A CABO EN CUATRO ETAPAS. a) Iniciación, b) alargamiento, c) terminación y d) liberación de la RNA polimerasa y de la molécula de RNA.

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La transcripción es selectiva. La transcripción de genes al RNA es selectiva en dos sentidos principales. En primer lugar, en cualquier célula la transcripción copia normalmente el DNA de sólo ciertos genes en el RNA. Algunos de estos genes se transcriben en todas las células, debido a que codifican proteínas o moléculas de RNA que son indispensables para la vida de cualquier célula. Por ejemplo, todas las células necesitan sintetizar proteínas; por tanto, transcriben todos los genes de RNAt, los genes de RNAr y los genes de proteínas ribosómicas. Otros genes se transcriben sólo en ciertos tipos de células. Por ejemplo, no obstante que todas las células de nuestro organismo contienen el gen de la insulina, una hormona proteínica que regula la incorporación de glucosa, ese gen se transcribe sólo en ciertas células del páncreas. Así pues, la transcripción se restringe exclusivamente a los genes que ese tipo específico de célula necesita en ese momento de su vida en particular. Ya hemos visto una segunda forma en que la transcripción es selectiva. Con sólo raras excepciones, la transcripción copia sólo una de las dos cadenas de DNA en el RNA. ¿Por qué? Para responder a esta pregunta, consideremos un gen codificador de proteína. Recuérdese que las dos cadenas de DNA son complementarias, no idénticas. La secuencia de bases de una de las cadenas contiene el código para la síntesis de un RNAm complementario, capaz de traducirse en una proteína que desempeña una función. Recuérdese, asimismo, que esta cadena de DNA, se conoce como la cadena molde: es la plantilla, o patrón, a partir de la cual se elabora la cadena de RNA complementario. La cadena complementaria de DNA tiene una secuencia de bases diferente, que casi seguramente no contiene el código de una proteína útil. La cadena molde de genes vecinos dentro de un cromosoma puede estar en diferentes cadenas de la doble hélice de DNA. Por consiguiente, la transcripción es selectiva porque sólo se transcriben ciertos genes en un momento dado y porque sólo se transcribe una de las cadenas del gen.

TRADUCCIÓN-síntesis de proteínas ¿Cómo se traduce la secuencia de una molécula de RNA mensajero a proteínas? Como sus nombres lo sugieren, cada tipo de RNA tiene una función específica en la síntesis de proteínas. El RNA mensajero transporta el código para la síntesis de proteínas del núcleo al citoplasma. Todo el RNA se produce por transcripción del DNA, pero sólo el RNAm contiene el código de la secuencia de aminoácidos de una proteína. En las células eucarióticas, las moléculas de RNAm son sintetizadas en el núcleo y entran en el citoplasma a través de los poros de la envoltura nuclear. En el citoplasma, el RNAm se adhiere a los ribosomas, los cuales sintetizan una proteína con arreglo a la secuencia de bases del RNAm. El gen permanece a salvo en el núcleo, como un documento valioso de una biblioteca, en tanto que el RNAm lleva la información al citoplasma para ser utilizada en la síntesis de proteínas. El RNA ribosómico es una parte importante de la maquinaria de síntesis de proteínas de un ribosoma. Recuérdese que los ribosomas, esto es, las estructuras que llevan a cabo la traducción, son entidades compuestas que contienen RNAt y muchas proteínas diferentes. Cada ribosoma se compone de dos subunidades: una grande y una pequeña. A menos que estén sintetizando activamente proteínas, las dos subunidades permanecen separadas. Sin embargo, cuando se está llevando a cabo la síntesis de proteínas, la subunidad ribosómica pequeña y la subunidad ribosómica grande se juntan, con una molécula de RNAm entre ellas. La subunidad ribosómica grande tiene sitios de enlazamiento para dos moléculas de RNAt y un sitio catalítico para unir los aminoácidos sujetos a las moléculas de RNAt. Los ribosomas son críticos para la función celular, pues la mayor parte de las células demandan una elevada síntesis de proteínas. Por ejemplo, ciertos leucocitos (glóbulos blancos de la sangre) secretan proteínas de anticuerpos en el torrente sanguíneo. ¡Una sola de estas células es capaz de producir 20 000 proteínas de anticuerpos por segundo! Por consiguiente, la mayoría de las células eucarióticas tienen decenas de miles de ribosomas para satisfacer sus necesidades de proteínas nuevas. Las moléculas de RNA de transferencia descifran la secuencia de bases del RNAm para obtener la secuencia de aminoácidos de una proteína. La entrega de los aminoácidos adecuados al ribosoma para su incorporación en la cadena de proteína en crecimiento depende de la actividad del RNAt. Cada célula sintetiza 61 tipos diferentes de RNAt, uno por cada codón diferente que representa un aminoácido. Veinte enzimas del citoplasma, una por cada aminoácido, reconocen a las moléculas de RNAt y acoplan el aminoácido correcto a un extremo. Por ejemplo, una enzima reconoce a los seis diferentes RNAt de leucina y acopla una leucina a cada uno. La capacidad del RNAt para entregar el aminoácido correcto depende de un apareamiento de bases específico entre el RNAt y el RNAm. Cada RNAt tiene tres bases expuestas, conocidas como el anticodón, que forman pares de bases con el codón del RNAm. Por ejemplo, el codón de RNAm AUG forma pares de bases con el anticodón UAC de un RNAt al que está unida una molécula del aminoácido metionina. El ribosoma puede entonces incorporar metionina a una cadena proteínica en crecimiento. Durante la traducción, el RNAm, el RNAt y los ribosomas cooperan para sintetizar proteínas. Al igual que la transcripción, la traducción consta de tres etapas: iniciación de la síntesis de proteínas, alargamiento de la cadena proteínica y terminación de la traducción.

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Fig. 86: LA TRADUCCIÓN ES EL PROCESO DE SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Iniciación: La síntesis de la proteína se inicia cuando el RNAt y el RNAm se ligan a un ribosoma. El aminoácido metionina puede estar presente en muchos puntos de la secuencia de aminoácidos de una proteína. Sin embargo, la metionina también ocupa un lugar singular en la síntesis de proteínas. El primer aminoácido de toda proteína que se sintetiza es la metionina. Sólo el codón AUG especifica metionina y únicamente los RNAt con un anticodón UAC transportan metionina. El primer codón AUG de

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una secuencia de RNAm eucariótico especifica el punto de inicio de la traducción. Un "complejo de iniciación‖, que contiene una unidad ribosómica pequeña, un RNAt de metionina y varias proteínas más, también desempeña un papel crítico en el comienzo de la traducción. El complejo de iniciación se adhiere al extremo de una molécula de RNAm y avanza a lo largo de ella hasta encontrar el primer codón AUG de la secuencia del RNAm. En este punto, el codón AUG del RNAm forma pares de bases con el anticodón UAC del RNAt de metionina. La unidad ribosómica grande se adhiere entonces a la subunidad pequeña y al RNAt de metionina, de tal modo que el RNAm queda emparedado entre las dos subunidades ribosómicas: el RNAt de metionina es el primer sitio de unión de RNAt de la subunidad grande. El ribosoma está ahora totalmente ensamblado y listo para comenzar la traducción. Alargamiento y terminación: La síntesis de la proteína prosigue de aminoácido en aminoácido hasta que se alcanza un codón de terminación o de "alto". El ribosoma ensamblado abarca alrededor de 30 nucleótidos del RNAm y mantiene dos codones de RNAm alineados con los dos sitios de unión de RNAt de la subunidad grande. Con ayuda de ciertas proteínas, un segundo RNAt, con el anticodón complementario y un aminoácido sujeto a él, se desplaza al segundo sitio de unión del RNAt de la subunidad grande. Los dos aminoácidos sujetos a los dos RNAt están ahora uno junto al otro. El sitio catalítico de la subunidad grande rompe el enlace que mantiene unido el primer aminoácido a su RNAt y forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos. Al concluir esta etapa el primer RNAt está "vacío" y el segundo RNAt contiene una cadena de dos aminoácidos. Con ayuda de otras proteínas, el ribosoma libera el RNAt vacío y se desplaza al siguiente codón de la molécula de RNAm (Fig. 10-6f). El RNAt que retiene la cadena de aminoácidos en proceso de alargamiento también se desplaza, avanzando del segundo al primer sitio de unión del ribosoma. Un nuevo RNAt complementario, que lleva consigo el siguiente aminoácido, se une al segundo sitio vacío. Ahora, el sitio catalítico de la subunidad grande enlaza el tercer aminoácido a la cadena proteínica en crecimiento. El RNAt "vacío" sale del ribosoma, éste se desplaza a otro codón y se repite el proceso, conforme el ribosoma avanza por el RNAm de codón en codón. Recuérdese que la señal de terminación o de "alto" de la cadena molde de DNA indicó a la RNA polimerasa que la transcripción del gen había concluido. Los ribosomas también necesitan una señal que les indique el final de la síntesis de la proteína. Esta señal es un codón de terminación o de "alto" que está en la molécula de RNAm. A diferencia de los otros 61 codones, los codones de terminación no se enlazan a un RNAt. En cambio, ciertas proteínas especial ribosoma cuando éste encuentra un codón de "alto" y lo obligan a liberar la cadena proteínica terminada y el RNAm. El ribosoma se descompone en subunidades grandes y pequeñas que se usan después para traducir otro RNAm. ¿Con qué rapidez se lleva a cabo la traducción? En condiciones óptimas, un ribosoma sintetiza de 5 a 15 enlaces peptídicos por segundo. Por consiguiente, la traducción de un RNAm que codifica una proteína de anticuerpo, que tiene aproximadamente 500 aminoácidos de largo, toma menos de 2 minutos. La mayor parte de las proteínas tienen de 100 a 200 aminoácidos de largo y se sintetizan en menos de un minuto.

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¿Qué es traducción? ¿Cuál es la importancia de la traducción de proteínas? ¿Cuáles son las subunidades de los ribosomas? ¿Cuáles son los tipos de RNA? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Cromosomas Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica los componentes de un cromosoma eucariótico.  Clasifica los tipos de cromosomas.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 10 2

Indicadores  Señala los componentes de un cromosoma eucariótico en una lámina.  Ordena los cromosomas, en una matriz, del cariotipo humano de acuerdo a diversos criterios.

La división celular hace posible la transmisión precisa de los cromosomas de una generación a la siguiente. En todos los tipos de división celular, la distribución exacta de los genes a las nuevas células hijas es un gran obstáculo. Las células eucarióticas resuelven esta dificultad regulando el comportamiento de los cromosomas. ¿Cuál es la relación entre los genes y los cromosomas? Que los genes son secuencias de DNA cuya longitud va desde algunos cientos hasta muchos miles de nucleótidos. Las secuencias de nucleótidos de los genes codifican información para la síntesis de RNA y las moléculas proteínicas que son necesarias para construir la célula y llevar a cabo sus actividades. Una sola doble hélice de DNA puede contener cientos o miles de genes, dispuestos en un orden lineal específico a lo largo de la doble hélice de DNA. El DNA no flota suelto dentro de la célula, sino que cada doble hélice está empaquetada en un cromosoma. Toda especie tiene un número determinado de cromosomas y, por consiguiente, un número

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específico de dobles hélices de DNA. Las células del cuerpo humano tienen 46 cromosomas, cada uno con una doble hélice de DNA. El cromosoma más grande, el cromosoma 1, contiene 3 000 genes, entre ellos el GBA, una enzima necesaria para degradar grasas. Uno de los cromosomas humanos más pequeños, el cromosoma 22, contienen alrededor de 600 genes, entre los cuales se encuentra uno que sintetiza las proteínas para el cristalino del ojo. El cromosoma eucariótico se compone de una doble hélice lineal ligada a proteínas. Si recordamos el DNA de los organismos procariontes es una sola doble hélice circular si extremos libres. En cambio las dobles hélices de DNA de los eucariotas son lineales, no circulares. Además el DNA está unido a un gran número de proteínas, que incluye a las histonas. Las cuales organizan y compactan el DNA de modo que quepa en el núcleo. Introducir todo el DNA en este espacio no es tarea fácil. Si se tendiera de extremo a extremo, el DNA de una sola célula de nuestro organismo tendría alrededor de dos metros de largo y este DNA debe caber dentro del núcleo que es por lo menos un millón de veces más pequeño. El grado de compactación, o condensación, del DNA varía con la etapa del ciclo celular. Durante el crecimiento celular, el Fig. 87: ESTRUCTURA DE UN CROMOSOMA METAFÁSICO DNA presenta su dispersión máxima y está fácilmente disponible para las enzimas que son necesarias para la transcripción y replicación. En esta condición, los cromosomas individuales son demasiado finos para ser visibles bajo el microscopio óptico. Sin embargo durante la división celular los cromosomas deben ser ordenados y trasladados al interior de dos núcleos hijos. Este es un proceso que no se conoce bien, ciertas proteínas pliegan el DNA de cada cromosoma para formar estructuras compactas que son visibles bajo el microscopio óptico. Al momento de condensarse, el DNA de cada cromosoma ya se ha replicado para formar dos dobles hélices de DNA que permanecen unidas una a la otra por una región especializada del DNA denominada centrómero. Centrómero significa ―cuerpo medio‖, pero el centrómero de un cromosoma puede estar casi en cualquier punto a lo largo de la doble hélice de DNA. En tanto los dos cromosomas permanecen unidos por sus centrómeros, nos referimos a cada cromosoma como una cromátida hermana. Por tanto, el producto de la replicación del DNA es un cromosoma duplicado con dos cromátidas hermanas idénticas. Durante la división celular mitótica, las dos cromátidas hermanas se separan y cada una se transforma en un cromosoma independiente que es entregado a una de las dos células hijas.

Fig. 88: CROMÁTIDAS HERMANAS UNIDAS POR EL CENTRÓMERO

Los cromosomas eucarióticos información genética similar.

presentan

Fig. 89: LAS CROMÁTIDAS HERMENAS SEPARADAS, AHORA SE CONSIDERAN CROMOSOMAS INDEPENDEINTES

habitualmente

pares

homólogos

con

Los cromosomas de cada especie eucariota tienen formas, tamaños y modalidades de tinción característicos. Al observar el juego completo de cromosomas teñidos de una célula (el cariotipo), resulta evidente que las células no reproductoras de muchos organismos, incluso los humanos, contienen pares de cromosomas. Salvo una única excepción que analizaremos en breve, ambos miembros de cada par tienen la misma longitud y la misma modalidad de tinción. Esta semejanza en cuanto a tamaño, forma y modalidad de tinción se debe a que cada uno de los cromosomas de un par contiene los mismos genes, dispuestos en idéntico orden. Los cromosomas que contienen los mismos genes se denominan ―cromosomas homólogos‖ o simplemente homólogos, lo que significa ―decir la misma cosa‖. Las células con pares de cromosomas homólogos se describen como diploides, esto es, ―de forma doble‖. Considérese una célula de la piel humana. Aunque tiene 46 cromosomas en total, la célula no tiene 46 cromosomas totalmente diferentes, sino 23 tipos de cromosomas, cada uno presente en forma de un par de homólogos. La célula tiene dos copias del cromosoma 1, dos copias del cromosoma 2 y así sucesivamente, hasta llegar al cromosoma 22. La célula tiene además dos cromosomas sexuales: dos

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cromosomas X o un cromosoma X y uno Y. Por tanto, la célula de la piel tiene dos juegos de 23 cromosomas.

Fig. 90: MICROFOTOGRAFÍA DE CROMOSOMAS METAFÁSICOS

La mayor parte de las células del cuerpo humano son diploides. Sin embargo, durante la reproducción sexual las células de los ovarios o de los testículos sufren una división celular meiótica para producir gametos. Las células que contienen sólo un ejemplar de cada tipo de cromosoma se describen como haploides. El producto de la fusión de dos células haploides es una célula diploide con dos copias de cada tipo de cromosoma. De acuerdo con la simbología en uso en biología, el número de tipos diferentes de cromosomas de una especie se denomina número haploide y se designa como n. En los seres humanos, n=23 porque tenemos 23 tipos de cromosomas (del cromosoma 1 al 22 y un cromosoma sexual). Las células diploides contienen 2n cromosomas, dos de cada tipo. Así pues, cada célula humana no reproductora tiene 46 (2x23) cromosomas. Muchas plantas pueden tener 3n, 4n o incluso más cromosomas. Una excepción a la regla de que los cromosomas homólogos contienen los mismos genes se presenta en los mamíferos machos y en Fig. 91: NIVELES DE ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO otras especies en las que los cromosomas contienen los genes que determinan el sexo. En los mamíferos machos, un par de cromosomas, el X y el Y, tienen tamaño y modalidades de tinción muy diferentes y contienen juegos de genes distintos. No obstante, los cromosomas X y Y se comportan como homólogos durante el proceso de división celular que produce óvulos y espermatozoides.

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CARIOTIPO. Es el ordenamiento de los cromosomas de una célula metafásica de acuerdo a su morfología, tales como el tamaño, la relación de los brazos dependiendo de la constricción primaria, presencia de constricciones secundarias, etc. El cariotipo es característico de cada especie, al igual que el número de cromosomas; el ser humano tiene 46 cromosomas en el núcleo de cada célula, organizados en 22 pares autosómicos y 1 par sexual (XY y XX). No obstante puede darse el caso, en humanos, de que existan otros patrones en los cariotipos, a lo cual se le conoce como aberración cromosómica.

Fig. 92: CARIOTIPO HUMANO

CROMOSOMAS SEXUALES En muchos organismos, uno de los pares de los cromosomas homólogos es distinto al resto, realizando la determinación del sexo del individuo. A estos cromosomas se les llama cromosomas sexuales porque determinan el sexo. -

Sistema de determinación XY: es propio del ser humano y muchos otros animales. Las hembras, siendo XX, darán gametos iguales con cromosoma X y los machos, siendo XY, darán dos tipos de gametos, uno con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y. La probabilidad de que en la fecundación, al unirse los gametos, resulte una combinación XX (hembra) o XY (macho) es aproximadamente del 50%. Sistema de determinación ZW: en otras especies, por ejemplo en las mariposas, ocurre lo contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino heterogamético (ZW). ( ) Sistema de determinación XO: otras especies como los peces, insectos y anfibios, que no tienen el cromosoma Y, determinándose el sexo por el número de cromosomas X: macho XO y hembra XX.

(

)

(

)

(

)

Fig. 93: TIPOS DE CROMOSOMAS

FORMA DE LOS CROMOSOMAS La forma de los cromosomas es para todas las células somáticas constante y característica de cada especie. La forma depende, fundamentalmente, de las constricciones que presente el cromosoma y de su localización en la cromátida. El centrómero divide al cromosoma en un brazo corto o brazo p y un brazo largo o brazo q. Los cromosomas se clasifican en:

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Metacéntricos. El centrómero se localiza a mitad del cromosoma y los dos brazos presentan igual longitud. Submetacéntricos. La longitud de un brazo del cromosoma es algo mayor que la del otro. Acrocéntrico. Un brazo es muy corto (p) y el otro largo (q). Telocéntrico. Sólo se aprecia un brazo del cromosoma al estar el centrómero en el extremo (este tipo de cromosomas no se encuentran en el cariotipo humano).

¿Es ética la clonación de embriones? Hombres y mujeres de blanco, dignatarios religiosos, lores con pelucas, ecologistas barbudos, enfermos de Parkinson; en el mundo desarrollado, una multitud agitada se inclina con angustia sobre una manchita diminuta en una placa de Petri. El misterio es nada menos que un embrión humano clonado ―a lo Dolly‖. La finalidad no es producir seres humanos mediante la clonación, sino crear embriones a fin de utilizar células pluripotentes para el tratamiento de numerosas enfermedades. Pero, como en todos los debates apasionados, lo que está realmente en juego –la comercialización– permanece oculto en la sombra, lejos del barullo y la emoción. En Europa y en los países industrializados, el asunto salió a la luz pública el 22 de enero de 2001, fecha en la que el Reino Unido fue el primer país europeo que legalizó la clonación de embriones humanos. Algunos miembros del Parlamento Europeo expresaron inmediatamente su indignación y condenaron la decisión. Sin embargo, lo ocurrido no es, en muchos aspectos, más que la consecuencia lógica de textos aprobados hace diez años. En efecto, desde 1990 algunos investigadores británicos han logrado crear y utilizar embriones con objetivos limitados, a saber, el tratamiento de la esterilidad y el diagnóstico de las malformaciones congénitas. La nueva ley amplía su campo de estudio a las células pluripotentes, lo que según los expertos podrían revolucionar la medicina y permitir el tratamiento por trasplante de una amplia gama de enfermedades, que van de la diabetes a la enfermedad de Parkinson. Tomado de: www.unesco.org/courier/2001_04/sp/droits.html 1. Define con exactitud los términos siguientes: cromosoma homólogo, cromátida, centrómero, haploide, diploide, pluripotente y célula metafásica. 2. En caso que presentes una enfermedad como el Parkinson, ¿estarías dispuesto a someterte a un tratamiento en el cual se utilicen células madre embrionarias? ¿Por qué? 3. Investiga y define clonación. Adjunta una imagen en tu cuaderno. 4. De acuerdo a tu opinión, ¿los seres humanos estamos preparados para tratamientos con células madre embrionarias? 5. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Alteraciones cromosómicas Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Describe los procesos de intercambio y modificaciones en los cromosomas.  Argumenta sobre los factores que alteran las características cromosómicas de un ser vivo.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 11 2

Indicadores  Identifica en gráficos las características sobre intercambio de material cromosómico.  Describe de modo textual o gráfico como se realizan los procesos de intercambio y modificación de material cromosómico.  Redacta argumentos válidos sobre las alteraciones cromosómicas que se exponen en casos planteados.

La profase I de la meiosis es un momento de reacomodos genéticos importantes. Todos los cromosomas de la célula germinal se condensan y en el proceso cada uno es atraído hacia su homólogo. Mediante interacciones moleculares los cromosomas homólogos se juntan en todos los puntos de su longitud, dejando poco espacio entre ellos. Este arreglo paralelo y cercano favorece el entrecruzamiento, la interacción molecular entre las dos cromátidas no hermanas de un par de cromosomas homólogos. Las cromátidas no hermanas se rompen en los mismos sitios y en esos puntos de ruptura se intercambian segmentos correspondientes, es decir, genes. El intercambio de genes no tendría sentido si cada tipo de gen no experimentara variaciones, pero debemos tener en cuenta que un gen puede tener formas ligeramente distintas llamadas alelos. Se puede apostar que cierto número de alelos en un cromosoma no será idéntico a los alelos del compañero en el homólogo. Cada entrecruzamiento es una oportunidad de intercambiar versiones sutilmente distintas de instrucciones hereditarias para caracteres o rasgos particulares.

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El entrecruzamiento conduce a recombinaciones entre los genes de cromosomas homólogos y, por lo tanto, a la variación de rasgos o caracteres entre los descendientes.

Fig. 94: CROSSING OVER – FASE 1

Fig. 95: CROSSING OVER – FASE 2

Fig. 96: CROSSING OVER – FASE 3

Fig. 97: CROSSING OVER – FASE 4

1. Cambios en la estructura de los cromosomas En ocasiones poco frecuentes, la estructura física de uno o más cromosomas cambia, y como resultado, se producen trastornos o anormalidades genéticas. Estos cambios ocurren de forma espontánea en la naturaleza, pero también pueden ser inducidos en laboratorio cuando son expuestos a la radiación o productos químicos. a) Duplicación: inclusive los cromosomas normales presentan secuencias de genes que se repiten desde varias veces hasta miles de veces y se llaman duplicaciones. b) Inversión: es una inversión un tramo lineal de ADN dentro del cromosoma se orienta en sentido inverso, sin pérdida de algún segmento del cromosoma. c) Translocación: se origina cuando una parte rota de un cromosoma se une con un cromosoma no homólogo. La mayoría de translocaciones es recíproca (ambos cromosomas intercambian sus partes). d) Deleción o supresión: los ataques virales, las radiaciones (ionizantes), los productos químicos y otros agentes ambientales, pueden provocar una delección, la pérdida de un segmento de un cromosoma.

Fig. 98: DUPLICACIÓN

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Fig. 99: INVERSIÓN

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Fig. 100: TRANSLOCACIÓN

Fig. 101: DELECIÓN O SUPRESIÓN

Fig. 102: La deleción del cromosoma humano ―5‖, afecta el desarrollo de la laringe. Cuando los lactantes afectados lloran y producen un sonido similar al maullido del gato. En la imagen se observa a un infante varón donde se muestran los rasgos fisonómicos de esta enfermedad. 2. Cambios en el número de cromosomas En ocasiones los eventos anormales ocurren antes o durante la división celular, por lo cual los gametos y nuevos individuos reciben un número incorrecto de cromosomas. Las consecuencias van desde cambios menores hasta cambios físicos letales. a) Aneuploidía: consiste en que los individuos presentan un cromosoma adicional o un cromosoma menos. Esta condición es la causa principal de la insuficiencia reproductiva en los humanos. Es posible que afecte a cerca de la mitad de los huevos fertilizados. Según revelan las autopsias, la mayoría de los abortos espontáneos es aneuploide. SÍNDROME

TIPO DE MUTACIÓN

Síndrome Down

Síndrome Edwards

Síndrome Patau Síndrome Klinefelter

Síndrome duplo Y

del

Síndrome Turner Síndrome Triple X

Trisomía 21 Trisomía 18 Trisomía 13 ó 15 44 autosomas + XXY 44 autosomas + XYY 44 autosomas + X 44 autosomas + XXX

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CARACTERÍSTICAS Y SÍNTOMAS

Retraso mental, ojos oblicuos, piel rugosa, crecimiento retardado Anomalías en la forma de la cabeza, boca pequeña, mentón huido, lesiones cardiacas. Labio leporino, lesiones cardiacas, polidactilia. Escaso desarrollo de las gónadas, aspecto eunocoide. Elevada estatura, personalidad infantil, bajo coeficiente intelectual, tendencia a la agresividad y al comportamiento antisocial. Aspecto hombruno, atrofia de ovarios, enanismo. Infantilismo y escaso desarrollo de las mamas y los genitales externos.

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Fig. 103: CARIOTIPO DE UNA PERSONA CON TRISOMÍA 21

Fig. 104: FENOTIPO DE UNA PERSONA CON SÍNDROME DE DOWN

Fig. 105: CARIOTIPO DE UNA PERSONA CON DOS CROMOSOMAS X Y UNO Y

Fig. 106: FENOTIPO DE UNA PERSONA CON SÍNDROME DE KLINEFLETER

Fig. 107: CARIOTIPO DE UNA MUJER CON SOLO UN CROMOSOMA X

Fig. 108: FENOTIPO DE UNA PERSONA CON SÍNDROME DE TURNER

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b) Poliploidía: consiste en que los individuos presentan tres o más cromosomas de cada tipo, como ejemplo tenemos las triploidías (3n), y tetraploidías (4n). Cuando se presenta en todas las células del cuerpo, la Poliploidía es mortal en el ser humano y en muchos otros animales. La triploidía no es rara en los embriones abortados espontáneamente en el comienzo del embarazo. Los pocos triploides y tetraploides que han nacido vivos murieron en unos cuantos días, y al estudiarlos se descubrió que eran un mosaico de células, es decir tenían células diploides y poliploides. El número de cromosomas puede variar durante la división celular mitótica o meiótica. Supongamos que el ciclo celular procede hasta la duplicación del ADN y la mitosis, pero se detiene antes de que el citoplasma se divida. Esa célula será tetraploide y tendrá cuatro cromosomas de cada tipo. Existe un proceso denominado no disyunción, en el cual uno o más pares de cromosomas no logran separarse durante la división celular. El número de cromosomas también puede variar durante la fertilización. Visualicemos un gameto normal que se une al azar con un gameto n+1 (con un cromosoma en exceso). El nuevo individuo podría tener trisomía (2n+1); presentará tres cromosomas de cierto tipo y dos de todos los demás tipos. ¿Y qué ocurre si un gameto n-1 se une con un gameto normal? Entonces el nuevo individuo será monosómico.

Fig. 109: NO DISYUNCIÓN

3. Cambios en el número de cromosomas sexuales Además de provocar la mayoría de las alteraciones en el número de autosomas, la no disyunción también ocasiona la mayoría de las alteraciones en el número de cromosomas X y Y. La frecuencia de estos cambios es de 1 por cada 400 nacidos vivos. Con frecuencia, producen dificultades del aprendizaje y de la función motora incluyendo el habla, aunque los problemas sean tan sutiles que la causa subyacente no se diagnostique. Los cambios en el número de cromosomas sexuales son un poco menos comunes que los cambios autosómicos; en parte porque los fenotipos de los individuos afectados por lo general no presentan alteraciones severas. La mayoría de estos cambios se pueden diagnosticar antes del nacimiento. CUADRO RESUMEN DE LAS ANOMALÍAS CROMOSÓMICAS Monosomías

NUMÉRICAS

ESTRUCUTURALES

ANEUPLOIDÍAS

Trisomías

EUPLOIDIAS DELECCIONES TRANSLOCACIONES RECÍPROCAS FRAGILIDAD

Síndrome de Turner Síndrome de Down Síndrome de Edwards Síndrome de Patau Síndrome de Klinefelter Síndrome de doble X Síndrome de doble Y Poliploidías Síndrome del maullido del gato Leucemia promeliocítica Síndrome de X frágil

1. 2. 3. 4.

¿Cuál es la diferencia entre enfermedad congénita y congénita? ¿Se puede considerar al cáncer como una enfermedad hereditaria? ¿Cómo se relaciona la no disyunción con los cambios en el número de cromosomas? Respecto a las personas con labio leporino, ¿cuál es tu opinión? ¿Son estéticamente aceptables? Luego, investiga sobre Joaquín Phoenix. 5. ¿Cuál sería tu actitud frente a una persona con síndrome de Down? ¿Por qué? 6. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

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Terminología genética Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Identifica conceptos básicos relacionados con la terminología genética.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 12 2

Indicadores  Menciona las características y definición de términos seleccionados.  Elige la alternativa que contiene proposiciones correctas relacionadas: ADN, cromosoma, gen (tipos), genotipo (tipos) y fenotipo.

PROBLEMA: predicción de las combinaciones de alelos en gametos de plantas heterocigotas para dos caracteres. Una planta de arveja es heterocigota para dos caracteres, forma y color de la semilla. ―S‖ es el alelo para la característica dominante, semilla lisa; ―s‖ es el alelo para la característica recesiva, semilla rugosa. ―Y‖ es el alelo para la característica dominante, color amarillo; ―y‖ es el alelo para la característica recesiva, color verde. ¿Cuál será la distribución de estos dos alelos en los gametos de esta planta? Me imagino que es difícil entenderlo debido a que manejamos muy poco el vocabulario genético, por ello, la finalidad de esta parte inicial de la genética es darte las herramientas necesarias para poder comprender y resolver situaciones como esta. La genética es el campo de las ciencias biológicas que trata de comprender cómo los genes son transmitidos de una generación a la siguiente, y cómo se efectúa el desarrollo de las características que controlan esos genes (Winchester, Genética). La genética es el estudio de los patrones de herencia, del modo en que los rasgos y las características se transmiten de padres a hijos. Los genes se forman de segmentos de ADN (ácido desoxirribonucleico), la molécula que codifica la información genética en las células. El ADN controla la estructura, la función y el comportamiento de las células y puede crear copias casi o exactas de sí mismo.

Fig. 110: REPRESENTACIÓN DE ALELOS

VOCABULARIO BÁSICO DE GENÉTICA 1.

Alelo (del griego allelon = "el uno al otro", recíprocamente). Formas alternativas de un gen, se hereda separadamente de cada padre (por ejemplo en el locus para el color de ojos puede haber un alelo para ojos azules o uno para ojos negros). Uno o más estados alternativos de un gen. Denotación de alelos: aunque existen muchas formas de representar a los alelos, adoptaremos la que es más utilizada y práctica para el análisis de la herencia. Los alelos dominantes se representan en letras mayúsculas; usualmente, la primera letra del carácter, por ejemplo negro (N); mientras que los alelos recesivos se representan en minúsculas, por ejemplo blanco (n). Los alelos codominantes y de dominancia incompleta se denotan con dos letras, una base y su exponente (supraíndice), ambas en mayúscula. Por ejemplo CN para el negro y CN para el blanco. Debe considerarse que en el análisis genético se deben utilizar símbolos equivalentes para el mismo carácter.

Dihibridación (del latín hybrida = "producto de la cruza de dos animales diferentes"). En genética,

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un cruzamiento de dos variedades diferentes en el que están implicadas dos características. 3.

Dominante. Término aplicado a un carácter (alelo) que se expresa sin tener en cuenta el segundo carácter (alelo).

Expresión. En genética, proceso por el cual la información codificada en los genes se convierte en estructuras operacionales presentes en la célula.

Fenotipo (del griego phaineim = mostrar, typos = imprimir, estampar). Características observables de un individuo. La expresión de la composición alélica para un determinado carácter bajo estudio (lo que se ve).

Gameto (del griego gamos = "unión de los sexos", esposa). Célula reproductora haploide (n) que cuando su núcleo se fusiona con otro gameto (n) del sexo opuesto origina un cigoto (2n), que por mitosis desarrolla un individuo con células somáticas diploides (2n), en algunos hongos y protistas puede, por meiosis, producir células somáticas haploides (n).

Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen). Segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipeptídica de aminoácidos.

Fig. 111: FENOTIPO Y GENOTIPO

Genotipo. La totalidad de los alelos de un organismo.

Heterocigoto (del griego heteros = otro, zygon = par). Cuando los dos alelos son diferentes, en este caso el alelo dominante es el que se expresa.

10. Homocigoto (del griego homos = mismo o similar, zygon = par). Cuando los dos alelos son iguales. 11. Locus (del latín: lugar, plural loci). Posición que ocupa un determinado gen en un cromosoma. 12. Monohibridación (del latín mono = uno; hybrida = "producto de la cruza de dos animales diferentes"). En genética, un cruzamiento de dos variedades diferentes en el que está implicada una sola característica. 13. Mutación (del latín mutare = cambiar). El cambio de un gen de una forma alélica a otra, cambio que resulta heredable. 14. Recesivo. Término que se aplica a un carácter (alelo) que solo se expresa cuando el segundo carácter (alelo) es igual. 15. Tablero de Punnett. Diagrama que permite calcular las posibilidades de combinaciones en un entrecruzamiento.

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Fig. 112: ESQUEMA CON LOS PRINCIPALES TÉRMINOS EN GENÉTICA

1. 2. 3. 4. 5.

Lee y analiza la definición de cada uno de los términos considerados para la sesión. ¿Cuántos alelos tiene un gen? ¿Qué es la expresión genética? ¿Qué es línea pura? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

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Leyes de Mendel: primera ley y cuadro de Punnet Capacidad de área

Comprensión de Información

Aprendizaje esperado  Identifica términos relacionados con el Principio de dominancia y la 1ª ley de Mendel.  Analiza resultados a partir de la aplicación del principio de dominancia y primera ley de Mendel.  Analiza los efectos de la desertificación y la sequía.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 13 2

Indicadores  Subraya proposiciones relacionadas con el Principio de dominancia y la 1ª ley de Mendel en textos impresos.  Interpreta resultados a partir de la aplicación del principio de dominancia y primera ley de Mendel utilizando los cuadros de Punnet y las gráficas de caracterización pertinentes.  Argumenta los efectos de la desertificación y la sequía por medio de juicios.

Un monje austríaco, Gregor Mendel, desarrolló los principios fundamentales de lo que hoy es la moderna ciencia de la genética. Mendel demostró que las características heredables son llevadas en unidades discretas que se heredan por separado en cada generación. Estas unidades discretas, que Mendel llamó elemente, se conocen hoy como genes. El organismo experimental de Mendel fue la arveja común (Pisum sativum), que tiene una flor que normalmente se autopoliniza. Mendel probó las 34 variedades de arvejas disponibles a través de los vendedores de semillas. Mendel buscó caracteres con rasgos bien definidos y alternativos constantes, que constituyeran razas puras. Las arvejas de jardín fueron cultivadas y estudiadas durante ocho años a fin de comprobar que el rasgo observado se mantenía constante a lo largo de varias generaciones. Así, Mendel aisló 7 pares de caracteres que eran razas puras, las cuales presentaban dos variantes, tales como: altura de la planta (alta o baja), superficie de la semilla (lisa o rugosa), forma de la vaina (inflada o contraída), forma de la vaina y otras. En sus experimentos Mendel usó unas 28 000 plantas de arvejas.

Fig. 113: ESTUDIO DE GREGOR MENDEL (FENOTIPO)

Del cruce de dos líneas puras, la primera generación filial (F 1) estará formada por individuos idénticos que presentan solo uno de los caracteres alternativos paternos, cualquiera que sea la dirección del cruce. Mendel tomó plantas altas (trepadoras) y plantas enanas (matas o rastreras) de línea pura (homocigotos) para realizar cruzamientos entre estos dos grupos. De esto obtuvo una descendencia F 1 donde todas las plantas eran altas y trepadoras. A esta clase de apareamiento se le llama cruce monohíbrido ya que es solo para una característica; en este caso la talla de la planta. En la generación F1, las plantas eran más altas que la generación P. ¿Cómo se explica que del cruce de dos plantas, una alta y una enana, den origen únicamente a plantas altas? ¿Qué sucedió con el carácter enano? Se debe a que los individuos cruzados de la generación paterna (P) son homocigotes. La planta alta es homocigote dominante (AA), mientras que la planta enana homocigote recesiva (aa). El resultado del cruce genera heterocigotes (Aa), donde el alelo dominante (A) se expresa y el alelo recesivo (a) no se expresa en el fenotipo final. Tenemos que recordar que el rasgo enano no se ha expresado, pero la descendencia porta el gen recesivo (a).

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RESULTADOS Genotipo Proporción genotípica  4/4 Aa (Heterocigotas) Probabilidad porcentual genotípica  100% Aa (Heterocigotas) Fenotipo Proporción fenotípica  4/4 altas Probabilidad porcentual fenotípica  altas

100%

Fig. 114: REPRESENTACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE MENDEL

En 1994, la Asamblea General de la ONU proclamó el 17 de junio como el Día Mundial de Lucha contra la Desertificación y la Sequía. ¿Qué es la desertificación? Es el proceso por el que las tierras de cultivo o los pastizales pierden su capacidad de regenerarse y se transforman en improductivas. Actualmente, en todo el planeta, este proceso de degradación de suelos afecta de alguna manera a 1 200 millones de personas, que viven fundamentalmente de la agricultura y la ganadería. La desertificación, la degradación de la tierra y la sequía amenazan la seguridad humana al despojar a la gente de sus formas de vida, mediante la privación de los alimentos, del acceso al agua, de los medios para la realización de actividades económicas e incluso de sus propios hogares. El fracaso de las políticas de gobierno y el cambio climático ponen más presión, si cabe, sobre el suelo. Cuando no se puede garantizar el agua potable o el suministro de alimentos, las poblaciones migran frecuentemente a zonas donde creen que puedan encontrarlos. Las estimaciones más recientes indican que el número de desplazados medioambientales oscila entre los 17 y los 24 millones de personas en todo el mundo. Está previsto que de aquí al año 2050, unos 200 millones de personas tendrán que migrar debido a cuestiones medioambientales. El concepto de seguridad del suelo hace referencia al hecho que los procesos de desertificación, degradación de la tierra así como a prolongados periodos de sequía afectan, en gran medida, a la de vida de las personas y, en algunos casos extremos, la ponen en peligro. La degradación de la tierra puede, en el peor de los casos, debilitar la seguridad nacional, regional y forzar a las poblaciones a abandonar sus hogares. Entre los principales factores que desencadenan esta situación se encuentran la explotación insostenible de los recursos hídricos, que es causa de graves daños ambientales incluida la contaminación química, la salinización y el agotamiento de los acuíferos, pérdidas de la cubierta vegetal a causa de repetidos incendios forestales, concentración de la actividad económica en las zonas costeras como resultado del crecimiento urbano, las actividades industriales, el turismo de masas y la agricultura de regadío Debes saber que… La desertificación en el Perú es un problema evidente y creciente. El área deforestada llega a 8 millones de hectáreas. Así lo manifestó la congresista Fabiola Morales Castillo, durante su presentación en el fórum para parlamentarios en el marco de la ―VII SESIÓN DE LA CONVENCIÓN INTERNACIONAL DE LUCHA CONTRA LA DESERTIFICACIÓN‖ que se desarrolló en Madrid, España. La parlamentaria piurana dijo que gran parte de los bosques de protección en el Perú han sido explotados por los campesinos, nativos y colonos. Además, el recurso forestal peruano abarca el 62 % del territorio nacional, lo que lo convierte en una alternativa importante para el desarrollo nacional. Sin embargo –recalcó- la desertificación de la cubierta vegetal se presenta de manera acelerada: ―anualmente el índice de deforestación es de 300 mil hectáreas frente a una reforestación de 25 mil hectáreas. El 90% de la población vive donde el Perú sólo recibe el 2% de la lluvia que le cae al año (costa y sierra) y el otro 10%, donde cae el 98%, es decir, en la selva‖, comentó.

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Contribuir a la desertificación es un mal necesario ya que si no se diera, no podrían existir urbanizaciones como en la que se encuentra nuestro colegio, los malls o algún edificio e industria representativos de nuestra ciudad. Quizás te preguntes qué podemos hacer. La solución no pasa por dejar de construir, ya que esto contribuye a la satisfacción de nuestras necesidades básicas; pero, podemos moderar nuestras actividades y, por ende, el impacto en el ambiente, ya que se genera una cadena de consecuencias negativas y no solo para el ambiente sino que atenta contra nuestra subsistencia, como ejemplo, podemos mencionar la escasez de alimentos para nuestra población, disminución de la aguas subterráneas, etc.

1. 2. 3. 4. 5.

¿Cuál es la importancia de la primera Ley de Mendel? ¿A qué llamó Mendel factores hereditarios? ¿Cómo se realiza la hibridación artificial? ¿A qué se refiere con líneas puras? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Leyes de Mendel: segunda ley Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Identifica términos relacionados con Ley de la segregación  Interpreta resultados a partir de la aplicación con Ley de la segregación.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 14 2

Indicadores  Subraya proposiciones correctas relacionadas con la Ley de la segregación.  Interpreta resultados a partir de la aplicación Ley de la segregación y la utilizando los cuadros de Punnet y las gráficas de caracterización pertinentes.

Mendel la planteó así: los caracteres hereditarios están controlados por pares de factores hereditarios, los cuales se separan durante la formación de gametos. Actualmente, se plantea de la siguiente forma: los dos miembros de una pareja genética se distribuyen separadamente entre los gametos, de modo que la mitad de gametos lleva un miembro de la pareja y la otra mitad el otro. Mendel tomó dos plantas de la F1 (heterocigotos dominantes para el carácter talla), y las cruzó obteniendo una F2, donde el 75% eran altas y el 25% eran enanas, es decir se daba una relación 3:1. Generación F1: planta alta x planta alta Generación F2: 75% plantas altas, 25% plantas enanas ¿Cómo se explica que del cruce de dos plantas altas se obtenga como descendientes plantas enanas? La explicación se encuentra en que los individuos cruzados de la F 1 son heterocigotes (Aa). De acuerdo con la ley de la segregación los gametos serían el 50% con el factor dominante (A) y el 50% con el factor recesivo (a). Al producirse las fecundaciones, tres de las cuatro posibilidades llevan por lo menos un gen dominante, por lo que son altas, pero uno resulta ser homocigote recesivo (aa) y manifiesta el fenotipo de planta enana. RESULTADOS Genotipo Proporción genotípica  1/4 AA : 2/4 Aa : 1/4 aa Probabilidad porcentual genotípica  25% AA : 50%Aa : 25%aa Relación genotípica  1 AA : 2 Aa : 1 aa Fenotipo Proporción fenotípica  3/4 altas : 1/4 enanas Probabilidad porcentual fenotípica  75% altas : 25% enanas Relación fenotípica  3 altas : 1 enana Fig. 115: REPRESENTACIÓN DE LA SEGUNDA LEY DE MENDEL

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Este cruzamiento también puede resolverse usando el tablero de Punnett, llamado así en honor al genetista que lo propuso. El tablero de Punnett es un conjunto de cuadrículas que se utiliza para realizar las posibilidades de fecundación de una forma ordenada. El tablero de Punnett cuenta con la siguiente estructura:

♂

♀

Gameto masculino Gameto masculino

Gameto Gameto femenino femenino 25% 25% Cuadrícula 1 Cuadrícula 2 25% 25% Cuadrícula 3 Cuadrícula 4 n = número de generación

Si utilizamos el tablero para el cruce anterior, la solución sería:

♀ ♂

a F2

Fig. 116: GAMETOS DE LA GENERACIÓN FILIAL 1

1. 2. 3. 4.

¿Qué entiendes por pureza de los gametos? ¿Cuál será la raza humana más ―pura‖? ¿Cuál es la importancia de los cuadros de Punnett? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Leyes de Mendel: tercera ley Capacidad de área

Comprensión de Información

Aprendizaje esperado  Identifica términos relacionados con la Ley de la distribución independiente.  Interpreta resultados a partir de la aplicación de las tres leyes de Mendel.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

Unidad Sesión Horas

2 15 2

Indicadores  Subraya proposiciones correctas relacionadas con la Ley de la distribución independiente.  Emite conclusiones a partir de la aplicación las leyes de Mendel, mediante juicios de valor.

También llamada distribución de la libre combinación de factores hereditarios. Mendel planteó que cuando dos o más factores se segregan simultáneamente, la distribución de cualquiera de ellos es independiente de los demás. En el guisante, Mendel encontró que la semilla amarilla (A) era dominante a la semilla verde (a) y que la forma redonda de la semilla era la dominante (B) sobre la rugosa (b). Cuando se cruza una planta de semillas amarillas y redondas (AABB) con una planta verde y rugosa (aabb) se obtienen semillas amarillas y redondas (AaBb). P: Plantas de semillas amarillas y redondas x plantas de semillas verdes y rugosas

AABB

aabb

F1: Plantas de semillas amarillas y redondas

AaBb ¿Cómo se explica este resultado? Primero, hay que tener en cuenta que son dos caracteres: el color y la forma de la semilla.

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Segundo, para el color de la semilla tenemos el alelo dominante A (amarillo) y el alelo recesivo (verde). Para la forma, el alelo dominante B (redonda) y el alelo recesivo b (rugosa). Tercero, debido a la independencia de los pares de alelos, es decir, del que determina el color con respecto del que determina la forma, se tienen los siguientes gametos:

Fig. 117: REPRESENTACIÓN DE LA TERCERA LEY DE MENDEL

Se pueden usar dos métodos para representar la elaboración de los gametos, los llamados clásico y ramificado.

La fecundación se puede representar en un tablero de Punnett de 16 posibilidades.

♀ ♂ AB AB AB AB

AaBb AaBb AaBb AaBb

AaBb Aa b AaBb AaBb

Fig. 118: MÉTODOS PARA LA ELABORACIÓN DE GAMETOS

Cuando se cruzan dos plantas F1 de semillas amarillas-redondas (AaBb), se obtienen 9 amarillasredondas, 3 amarillas-rugosas, 3 verdes-redondas y 1 verde-rugosa.

♀ ♂ AB Ab aB ab

AABB AABb AaBB AaBb

AABb AAbb AaBb Aabb

AaBB AaBb aaBB aaBb

AaBb Aabb aaBb aabb

Fig. 119: CRUCE DE DOS INDIVIDUOS DE LA F1

Resultados: Genotipo Proporción genotípica  1/16 AABB; 2/16 AABb; 2/16 AaBB; 4/16 AaBb; 1/16 AAbb; 2/16 Aabb; 1/16 aaBB; 2/16 aaBb; 1/16 aabb Relación genotípica  1 AABB; 2 AABb; 2 AaBB; 4 AaBb; 1 AAbb; 2 Aabb; 1 aaBB; 2 aaBb; 1 aabb Fenotipo

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Proporción fenotípica  9/16 amarillas-redondas; 3/16 amarillas-rugosas; 3/16 verdes redondas; 1/16 verdes-rugosas. Relación fenotípica  9 amarillas-redondas: 3 amarillas-rugosas: 3 verdes-redondas: 1 verde-rugosa

1. 2. 3. 4.

Genética postmendeliana Capacidad de área

Aprendizaje esperado

Comprensión de Información

 Identifica casos de genética postmendeliana.  Analiza los efectos del ambiente en el fenotipo.

Bimestre Grado Secciones

Segundo IV TODAS

2 16 2

Unidad Sesión Horas

Indicadores  Coloca nombres en relación a los casos de genética postmendeliana, en base a ejemplos.  Plantea argumentos en relación a los efectos del ambiente sobre el fenotipo de los seres vivos, de acuerdo a casos de estudio.

1. Dominancia incompleta. Tipo de herencia en el que la acción de dos alelos da origen a un fenotipo intermedio, es decir, se origina un tercer fenotipo. Por ejemplo, en la herencia del color de algunas flores el genotipo CRCR expresa el color rojo, el genotipo CBCB expresa blanco y el genotipo CRCB expresa el color rosado, esto significa que el color rojo no es dominante sobre el blanco ni viceversa, sino que se expresa un color que es intermedio: el rosado. ¿Cómo se explican estos fenotipos? Los genes en la condición heterocigoto CRCB se manifiestan en forma cualitativa intermedia. En términos bioquímicos, implica que el alelo CR da origen a enzimas funcionales pero escasas, produciendo una cantidad limitada de pigmento rojo, dando el color rosado. Dos alelos CB juntos codifican el doble de enzimas funcionales y producen una cantidad suficiente de pigmento rojo, para dar justamente ese color (CRCR). Dos alelos CB son inoperantes y no generan producto, lo que da flores blancas (CBCB).

Fig. 120: DOMINANCIA INCOMPLETA EN LA ACHIRA.

Fig. 121: DOMINANCIA INCOMPLETA EN LA ROSA.

Los casos de dominancia incompleta, se presentan en diversas especies, principalmente plantas y animales. Destaca la dominancia incompleta en la calabaza y en caballos.

Fig. 122: “FENOTIPO PURO” DE UNA ROSA ROJA

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Fig. 123: “FENOTIPO INTERMEDIO” DE UNA ROSA ROSADA

Fig. 124: “FENOTIPO PURO” DE UNA ROSA BLANCA

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2. Codominancia. Tipo de herencia en el que la acción de dos alelos da origen a individuos con los dos fenotipos. Por ejemplo la ―achira‖ (Canna edulis), del cruce de plantas con flores rojas C RCR con plantas de flores amarillas CACA resultan plantas con flores amarillas y manchas rojas CRCA. ¿Cómo se explica el fenotipo de las plantas de flores manchadas? Los genes CR y CA se manifiestan y dan origen a enzimas que participan en la elaboración de pigmentos rojos en una parte de la flor y pigmento amarillo en otras partes de la misma flor, de tal manera que los colores no se mezclan sino que se expresan por separado. Si se cruzan individuos de la F1, y obtenemos la segunda generación (F2), se observará que las proporciones fenotípicas difieren de las mendelianas.

Fig. 125: CODOMINANCIA EN LA ACHIRA

Fig. 127: “FENOTIPO PURO” DE UNA ACHIRA ROJA

Fig. 126: CRUCE DE LA PRIMERA GENERACIÓN

Fig. 128: “FENOTIPO INTERMEDIO” DE UNA ACHIRA AMARILLA CON PUNTOS ROJOS

Fig. 129: “FENOTIPO PURO” DE UNA ACHIRA AMARILLA

1. Analiza los planteamientos de las leyes de Mendel y aplícalos en la resolución de los ejercicios siguientes:  Si se aparea un cuy o cobayo de pelo negro y corto, homocigote dominante para ambas características, con un cuy hembra de pelo pardo y largo, homocigote recesivo para ambas características, ¿cuál será la proporción fenotípica y genotípica de la F1?  Del cruce anterior, calcule la proporción genotípica y fenotípica de la F2.  Si se cruzan dos ratas y a lo largo de varios años han producido 27 descendientes negros y 9 blancos, ¿cuál era el genotipo de los padres?  En los perros, el pelaje oscuro es dominante sobre el albino. ¿Cuál será la proporción genotípica de la descendencia que resulta del cruce de dos perros, macho heterocigote y hembra albina?  La mayoría de las moscas de la fruta Drosophyla melanogaster es de cuerpo oscuro, pero algunos individuos de la especie, homocigóticos para el alelo recesivo, tienen el cuerpo de color amarillo. Si se cruzan dos moscas de la fruta heterocigóticas, ¿cuál será la probabilidad de moscas de cuerpo amarillo en la primera generación?  En el maíz, los granos con endosperma pigmentados están dados por un gen dominante frente al carácter de granos sin pigmentos. Si se cruzan dos plantas homocigotas, una de granos con pigmentos y otra de granos sin pigmentos, ¿cuál será la proporción de plantas heterocigotas del total de plantas con granos pigmentados en la F2?  En los cerdos, la pezuña está dada por un gen dominante (A) y la pezuña dividida, por su alelo recesivo (a). Si se cruzan dos cerdos de pezuña indivisa y originan una descendencia de ¾ con pezuña indivisa, determinar el genotipo de los  En las gallinas, la cabeza con cresta es producida por un gen dominante (C) y la cabeza sin cresta por su alelo recesivo (c). El gen para las plumas negras (R) es dominante al rojo (r). Si se cruzan

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

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

una gallina con cresta y plumas negras homocigote para ambas características (CCRR) con un gallo de cresta y plumas rojas (ccrr), ¿Cuál será la proporción de las plantas dihíbridas en la F2? Si una planta homocigótica de tallo alto (AA) se cruza con una homocigótica de tallo enano (aa), sabiendo que el tallo alto es dominante sobre el tallo enano ¿Cómo serán los genotipos y fenotipos de la F1 y de la F2? Al cruzar dos moscas negras se obtiene una descendencia formada por 216 moscas negras y 72 blancas. Representando por NN el color negro y por nn el color blanco, razónese el cruzamiento y cuál será el genotipo de las moscas que se cruzan y de la descendencia obtenida. El pelo rizado en los perros domina sobre el pelo liso. Una pareja de pelo rizado tuvo un cachorro de pelo también rizado y del que se quiere saber si es heterocigótico. ¿Con qué tipo de hembras tendrá que cruzarse? Razónese dicho cruzamiento. Una mariposa de alas grises se cruza con una de alas negras y se obtiene un descendencia formada por 116 mariposas de alas negras y 115 mariposas de alas grises. Si la mariposa de alas grises se cruza con una de alas blancas se obtienen 93 mariposas de alas blancas y 94 mariposas de alas grises. Razonar ambos cruzamientos, indicando cómo son los genotipos de las mariposas que se cruzan y de la descendencia. Un ratón de pelo blanco se cruza con uno de pelo negro y toda la descendencia obtenida es de pelo blanco. Otro ratón B también de pelo blanco se cruza también con uno de pelo negro y se obtiene una descendencia formada por 5 ratones de pelo blanco y 5 de pelo negro. ¿Cuál de los ratones A y B será homocigótico y cuál heterocigótico? Estructurar la respuesta. Los casos de dominancia incompleta y codominancia, se pueden observar en los parques cerca a tu casa. Si visitas el parque del Ejército de la Urb. Primavera”, encontrarás plantas de rosa, geranio y achira. Con algo de análisis puedes contrastar lo plasmado en este documento de trabajo. Pero recuerda si haces esto, tienes que estar acompañado de algún adulto o de tu profesor.

2. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

Determinación del sexo y herencia Capacidad de área Comprensión de Información

Aprendizajes esperados  Describe la influencia de los cromosomas sexuales.  Identifica los principales aspectos de herencia influida por el sexo.

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Unidad Sesión Horas

2 18 2

Indicadores  Anota las funciones del los cromosomas sexuales y su influencia en la especie en un cuadro descriptivo.  Identifica términos relacionados con la herencia ligada e influida por el sexo y las anota en un listado de datos.

1. Sexo determinado por cromosomas sexuales. En los seres gonocóricos (organismos con gónadas), la reproducción va ligada con la existencia de dos tipos diferentes de órganos formadores de gametos o gónadas. Cada individuo posee un solo tipo de gónada que lo convierte en macho o hembra. El carácter del sexo está determinado por la presencia de gónadas masculinas o femeninas; pero, ¿qué es lo que determina que se desarrollen dichas gónadas? Se ha establecido que el conjunto de factores y mecanismos que deciden el carácter sexo en un individuo recibe el, nombre de determinación genética del sexo, mientras que la expresión fenotípica de dicha constitución genética se conoce como diferenciación sexual. Los genes que determinan el sexo se sitúan en cromosomas especiales que reciben por ello el nombre de cromosomas sexuales o gnosomas. Inicialmente fueron llamados cromosomas X y cromosomas Y, luego se han usado más letras tales como la Z y la W para referirse a otros cromosomas sexuales. a. Hembras homogaméticas: se llama así cuando la hembra forma gametos con cromosomas sexuales iguales. Así por ejemplo, una hembra con cromosomas XX siempre formará óvulos X.

 Sistema XX-XY. Es el sistema más común de determinación sexual, según el cual el sexo

femenino posee dos cromosomas sexuales iguales (XX) y el otro, el masculino, dos cromosomas sexuales diferentes, un X y un Y. Como consecuencia de ello, las hembras son homogaméticas, ya que todos los gametos que originan son portadores de un cromosoma X y los machos son heterogaméticos ya que originan dos tipos de gametos, unos con un cromosoma sexual X y otros con un cromosoma sexual Y. este sistema se presenta en los mamíferos, peces, insectos dípteros, anfibios anuros, moluscos y equinodermos.

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro El macho forma espermatozoides X e Y, la hembra forma óvulos X.

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente El 50% de la descendencia resulta XX (hembras) y el 50% XY (machos).

♂

♀

XX Hembra

XY Macho

b. Machos homogaméticos: los machos poseen dos cromosomas sexuales iguales y forman gametos con cromosomas también iguales. Esta situación se da en el sistema ZZ – WW que se presenta en insectos lepidópteros, anfibios urodelos, reptiles y aves. El macho es ZZ y la hembra ZW. En las aves, el macho forma espermatozoides portadores de cromosomas Z y la hembra óvulos Z y W.

El 50% de la descendencia resulta machos ZZ y el otro 50% resulta hembras ZW.

♂

♀

ZZ Macho

ZW Hembra

ZZ Macho

ZW Hembra

2. Sexo determinado por el cariotipo. La diferenciación sexual está determinada por el número cromosómicos o su comportamiento sexual. a. Haplodiploidía: las hembras son diploides mientras que los machos son haploides. Esto ocurre porque los machos se forman a partir de huevos no fecundados mientras que las hembras provienen de huevos fecundados. Las hembras vírgenes tienen una descendencia compuesta por machos es su totalidad. Al ser los machos haploides, el proceso de espermatogénesis consiste en una sola división meiótica ecuacional semejante a una mitosis. Los organismos de este tipo como las abejas, avispas, hormigas y polillas se reproducen por partenogénesis. La determinación del sexo es por el cariotipo: el haploide (N) es macho y el diploide (2N) es hembra. Las hembras diploides (2N) forman gametos haploides y los machos forman gametos (N) por meiosis. Al unirse los gametos masculinos y femeninos originan descendencia diploide (2N) todas hembras; los gametos femeninos no fecundados (N) originan machos haploides (N).

1. Herencia ligada al cromosoma X. Los rasgos controlados por los genes localizados en el cromosoma X, como el daltonismo y la hemofilia, están ligados al cromosoma X debido a que estos caracteres son transmitidos por medio del cromosoma sexual X. Los hijos varones reciben de su madre el cromosoma X; por lo tanto, todos los genes que determinan los caracteres ligados al X. Las mujeres, por el contrario, reciben un cromosoma X de la madre y el otro del padre. En el varón, cualquier gen localizado en el cromosoma X se expresará independientemente del hecho que sea dominante o recesivo. Los varones con un gen ligado al X no son homocigotes ni heterocigotes, se dicen que son hemicigotes. En casi todos los genes ligados al X, el alelo dominante produce el rasgo normal y el recesivo la condición anormal. En la mujer deben estar presentes dos alelos recesivos ligados al sexo para que se exprese el carácter anormal, pero en el varón basta con la presencia de un alelo recesivo para que aparezca dicha condición. Una consecuencia práctica es que, mientras las mujeres funcionan como portadoras de tales caracteres, en los descendientes varones sí se expresa dicho carácter materno debido a que reciben su cromosoma X de la madre, jamás del padre. a. Daltonismo: se trata de una enfermedad hereditaria ligada al sexo, que se caracteriza por la incapacidad de ver el color rojo y/o verde. El gen que ocasiona el daltonismo es un gen recesivo localizado en la región diferencial del cromosoma X, y se representa con la letra minúscula d.

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CEP Nuestra Señora del Perpetuo Socorro SEXO

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente GENOTIPO XDXD XDXd Xd Xd XDY Xd Y

FENOTIPO Mujer normal Mujer portadora Mujer daltónica Varón normal Varón daltónico

b. Hemofilia. Se trata de otra enfermedad hereditaria ligada al sexo que se caracteriza por la incapacidad de coagulación sanguínea. El gen que ocasiona la hemofilia es un gen recesivo localizado en la región diferencial del cromosoma X, y se representa con la letra minúscula h.

SEXO

GENOTIPO XH X H XH Xh XhXh XH Y X hY

FENOTIPO Mujer normal Mujer portadora Mujer hemofílica Varón normal Varón hemofílico

2. Herencia ligada al cromosoma Y. Los genes ligados al cromosomas Y solo se manifiestan en los varones; a este tipo de herencia se le denomina holándrica, de la cual se conocen casos muy reducidos generalmente asociados con enfermedades, tales como la hipertricosis auricular, caracterizada por la acumulación de grasa y presencia abundante de pelos en las orejas, sobre todo en el lóbulo de las mismas.

Un caso común de herencia influida por el sexo es el de la calvicie prematura en humanos que se manifiesta en varones. El gen de la calvicie es un autosómico dominante, es decir, que no se localiza en los cromosomas sexuales, sino en alguno de los cromosomas autosómicos. La expresión del gen autosómico de la calvicie está influenciada por la constitución hormonal del individuo. Si un varón presenta el gen de la calvicie, este de expresará al ser activado por la testosterona que es la hormona masculinizante. Por esta razón, el varón homocigote dominante (CC) se va volviendo calvo conforme pasan los años, en una situación similar el varón heterocigote (Cc). Si un varón no presenta el gen de la calvicie será no calvo y su constitución genética es homocigote recesivo (cc). Si una mujer presenta el gen para la calvicie este no se expresará en la condición heterocigota (Cc) porque ella produce principalmente estrógenos, hormonas feminizantes. Sin embargo, en la condición homocigota dominante (CC) se expresa en la edad madura, cuando disminuye la cantidad de estrógenos. Las mujeres homocigotas recesivas (cc) son siempre no calvas; si por una u otra razón lo fueran esto no se debe a genes sino a otros factores.

1. 2. 3. 4. 5.

Analiza los planteamientos de la herencia ligada e influida por el sexo. ¿Cuál es la importancia de estudiar la herencia ligada al sexo? ¿Qué es hemofilia? ¿Cuál es el fenotipo de una persona con hipertricosis? Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

GENOMA HUMANO Y CLONACIÓN Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Identifica conceptos acerca de genoma humano.  Analiza las implicancias de la clonación.

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Indicadores  Subraya o encierra términos y/o conceptos relacionados con el genoma humano y su importancia en textos impresos.  Plantea juicios a favor o en contra de la clonación de seres vivos, luego de analizar casos de estudio.

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El genoma es el conjunto de genes que caracterizan a una especie. El genoma dirige el desarrollo humano desde la fase de óvulo fecundado hasta la vida adulta. Cada célula del cuerpo contiene el genoma completo; la diferencia entre unas y otras se debe a que unos genes están activos y otros no. El proyecto, dotado con 90 000 millones de dólares, fue fundado en 1990 por el departamento de energía y los institutos de la salud de los Estados Unidos, bajo la dirección de James D. Watson, con un plazo de realización de 15 años. Debido a la amplia colaboración internacional, a los avances en el campo de la genómica, así como los avances en la tecnología computacional, un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2001, finalmente el genoma completo fue presentado en Abril del 2003, dos años antes de lo esperado. Fig. 130: BASES DEL GENOMA HUMANO El genoma humano está dividido en 24 fragmentos, que conforman los 23 pares de cromosomas distintos de la especie humana (22 autosomas y 1 par de cromosomas sexuales). El genoma humano está compuesto por aproximadamente entre 25 000 y 30 000 genes distintos. Cada uno de estos genes contienen codificada a la información necesaria para la síntesis de una o varias proteínas. El genoma de cualquier persona (a excepción de los gemelos idénticos y los organismos clonados) es único. Si bien el objetivo del proyecto del genoma humano es entender la genética de la especie humana, el proyecto también se ha centrado en varios otros organismos no humanos, como la E. coli, la mosca de la fruta y el ratón de laboratorio. Conocer la secuencia completa del genoma humano puede tener mucha relevancia en cuanto a los estudios de biomedicina y genética clínica, desarrollando el conocimiento de enfermedades poco estudiadas, nuevas medicinas y diagnósticos más fiables y rápidos. Sin embargo, descubrir toda la secuencia génica de un organismo no nos permite conocer su fenotipo. Como consecuencia, la ciencia de la genómica no podría hacerse cargo en la actualidad de todos los problemas éticos y sociales que ya están empezando a ser debatidos. Por eso el proyecto genoma humano necesita una regulación legislativa relativa al uso del conocimiento de la secuencia genómica, pero no tendría por qué ser un impedimento en su desarrollo, ya que el saber en sí, es inofensivo.

Klon es una palabra griega que significa retoño, rama o brote. En el lenguaje científico, la palabra clon se refiere a una precisa copia de una molécula, célula, planta, animal o ser humano. El clon no es algo nuevo; en los primeros, la reproducción se hacía asexualmente, de modo que los descendientes de los seres microscópicos con los que se inicia la vida eran idénticos a sus padres, es decir, clones. Copias genéticamente idénticas de todo un organismo son comunes en el mundo vegetal y muchas especies vegetales se mantienen y pueden ser propagadas gracias a la clonación. Conforme avanza la complejidad de los seres vivos es menos probable que puedan ser clonados. En los animales vertebrados, la clonación es un fenómeno muy limitado de manera natural; sólo aparece en los gemelos unicigóticos. La clonación de individuos consiste en la producción de dos o más individuos genéticamente idénticos. Puede ser obtenida por medio de la fisión gemelar y el trasplante de núcleo. La fisión gemelar (separación de blastómeros) es un proceso natural por el cual el embrión, en las primeras fases de desarrollo, sufre una división particular generando dos embriones idénticos que darán origen a dos individuos idénticos llamados gemelos monocigóticos. El trasplante de núcleo consiste en privar de núcleo haploide (n) a un ovocito (enucleación) sustituyendo este por un núcleo diploide (2n) proveniente de una célula somática de adulto de la misma especie. Esto

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daría como resultado un individuo perfectamente idéntico a aquel del que se tomó la célula somática. Este método fue seguido para clonar a la oveja Dolly.

Fig. 131: Clonación de Dolly

Responde a las preguntas siguientes: 1. ¿Deberían existir parámetros políticos, sociales o éticos, en relación al tema de la clonación? 2. Asumiendo que la ciencia avance y encuentre la cura para diversas enfermedades, ¿aceptarías un órgano que proviene de una persona clonada? 3. Respecto al mapeo de nuestros genes, ¿beneficiará a toda la humanidad? ¿Por qué? 4. ¿Qué opinión te merece la siguiente afirmación?: ―La clonación podría instrumentalizar a los seres humanos reduciéndolos al nivel de utensilios, lo que sería contrario a la dignidad humana‖. 5. Con relación a los clones, ¿deberían tener derechos humanos? ¿Por qué? 6. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

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FUNCIÓN DE NUTRICIÓN Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Compara los tipos de nutrición.  Describe el proceso de digestión intracelular.

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente Bimestre Grado Secciones

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Unidad Sesión Horas

2 20 2

Indicadores  Completa una matriz comparativa de los tipos de nutrición, en base a criterios.  Describe el proceso de digestión intracelular de acuerdo a las estructuras anatómicas que utilizan.

La nutrición es el proceso biológico en el que los organismos asimilan los alimentos y los líquidos necesarios para el funcionamiento, crecimiento y mantenimiento de sus funciones vitales. Tipos de nutrición en los seres vivos  Nutrición autótrofa (la que produce su propio alimento). Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sustancias esenciales para sus metabolismos a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo". Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos. Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimenticia, ya que absorben la energía solar o fuentes inorgánicas como el dióxido de carbono y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos llamados heterótrofos que los utilizan como alimento. Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos que comieron sus presas.  Nutrición heterótrofa (la que necesita de otros organismos para vivir). Los organismos heterótrofos (del griego hetero: otro, desigual, diferente y trofo: que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los organismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y los animales. Según el origen de la energía que utilizan los organismos heterótrofos, pueden dividirse en:  Fotorganótrofos. Estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno.  Quimiorganótrofos. Utilizan la energía química extraída directamente de la materia orgánica. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, todos del reino de los hongos, gran parte de los móneras y de las arqueobacterias. Los heterótrofos pueden ser de dos tipos fundamentalmente: consumidores, o bien saprofitos y descomponedores. Los autótrofos y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder existir.

Es el proceso de transformación de los alimentos que son ingeridos, en sustancias más sencillas para ser absorbidos. La digestión ocurre tanto en los organismos pluricelulares, unicelulares como a nivel subcelular. El sistema digestivo es muy importante en la digestión ya que los organismos heterótrofos dependen de fuentes externas de materias primas y energía para crecimiento, mantenimiento y funcionamiento. El alimento se emplea para generar y reparar tejidos y obtención de energía. En cada paso de la conversión energética de un nivel a otro hay una pérdida de materia y energía utilizable asociada a la mantención de tejidos y también a la degradación del alimento en partículas más pequeñas, que después se reconstituirán en moléculas tisulares más complejas. METABOLISMO CELULAR. Es el conjunto de todas las reacciones bioquímicas que se producen en la célula, con los propósitos siguientes:  Obtener energía del entorno: de la luz solar (fotosíntesis), de reacciones químicas y de sustancias orgánicas (a través de su oxidación).  Convertir los nutrientes en precursores de las macromoléculas celulares.

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 Elaborar tales macromoléculas a partir de los precursores.  Formar y degradar las biomoléculas necesarias para permitir la actividad fisiológica o funcional de las células. En relación a las reacciones metabólicas, están ligadas en una trama de secuencias llamadas rutas metabólicas. Las rutas metabólicas están interconectadas de tal forma que una misma molécula puede seguir varias vías. Se distinguen dos grandes tipos de rutas metabólicas: a) Catabólicas. Degradación enzimática de moléculas orgánicas complejas a moléculas sencillas. Se produce, generalmente, mediante reacciones de oxidación en las que se libera energía (exergónicas), parte de la cual se conserva en el ATP. b) Anabólicas. Formación enzimática de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas precursoras sencillas. Estos procesos necesitan un aporte energético (endergónicos), que lo suministra el ATP.

Fig. 132: METABOLISMO VEGETAL

Fig. 133: METABOLISMO ANIMAL

Conjunto de reacciones catabólicas en la que los alimentos son degradados en sus componentes proporcionando nutrientes a la célula. El proceso de digestión celular está a cargo del lisosomas son organelos provistos de una membrana limitante que encierra gran cantidad de enzimas digestivas, que degradan materiales provenientes del exterior o de la misma célula. Su membrana es resistente a las enzimas que contiene y protege a la célula de la autodestrucción. Su número oscila entre unos pocos y varios cientos por célula. Podemos definirlos en base a su fisiología en dos tipos: 1) Lisosomas primarios. Pueden verter sus enzimas al medio extracelular lisándolo, destruyendo células lesionadas o muertas (digestión extracelular). 2) Lisosomas secundarios. Resultan de la fusión de un lisosoma primario con material de naturaleza variable, y están implicados en la digestión intracelular. Según con el material con el que se fusionan se distinguen tres tipos de lisosomas secundarios: a) Fagolisosomas (―vacuolas heterofágicas‖), que resultan de la fusión con un fagosoma (formado por endocitosis), el cual puede llevar partículas de gran tamaño, sustancias muy variadas e incluso bacterias o virus. Provocan la digestión intracelular del fagosoma y, de esta manera, la célula se defiende de agresiones patógenas o sustancias tóxicas. b) Autofagolisosomas (―vacuolas autofágicas‖), que resultan de la fusión con un autofagosoma, el cual procede de la envoltura del RE o de cualquier orgánulo o resto celular que ha de ser digerido (autodigerido). Intervienen en la digestión intracelular, obteniendo nutrientes necesarios para la vida de la célula. Participan también en los procesos de necrosis celular al digerir estructuras propias de la célula. En todos los casos, en los lisosomas secundarios, a veces, permanece el material no degradado o digerido, originando los cuerpos residuales que, generalmente, son excretados. Los lisosomas realizan la función de digestión celular del modo siguiente:  Digestión de material extracelular mediante la exocitosis de enzimas; así ocurre la digestión de los alimentos en el tubo digestivo, la remodelación del hueso formado y la penetración del espermio en la fecundación.

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 Digestión de restos de membranas celulares mediante ―autofagia‖. Esto permite la renovación y el recambio de organelos en células dañadas o que envejecen.  Digestión de alimentos y otros materiales incorporados a la célula; esto permite alimentarse de gérmenes a ciertas células de funciones defensivas.  Mediante el rompimiento de la membrana lisosomal en forma programada, la célula puede determinar su autodestrucción, fenómeno que es crucial en varias etapas de la vida y se denomina ―apoptosis‖.

1. 2. 3. 4.

¿Cuál es la diferencia entre alimento y nutriente, además entre alimentación y digestión? ¿Qué ventaja la da la digestión extracelular a la araña? ¿Qué relación hay entre energía y nutrientes? Lee la siguiente afirmación: ―los hongos parecen plantas porque no se desplazan, pero parecen animales porque se alimentan de materia orgánica‖  ¿Qué tipo de alimentación presentan los hongos?  ¿Qué entaja tendrá un planta frente a un hongo?  ¿Qué tipo de nutrición presentan los hongos? 5. Completa el esquema siguiente, colocando nombres a los diversos tipos de lisosomas, funciones y productos de su fisiología. Para realizar esta tarea tienes que leer las funciones de cada uno de los tipos de lisosomas.

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NUTRICIÓN VEGETAL Capacidad de área

Aprendizajes esperados

Comprensión de Información

 Describe el proceso de fotosíntesis.  Compara los procesos de fotosíntesis y quimiosíntesis.

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente Bimestre Grado Secciones

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Unidad Sesión Horas

2 20 2

Indicadores  Organiza el proceso de la fotosíntesis en base a matrices propuestas.  Completa una matriz comparativa de los tipos de nutrición vegetal en base a criterios.

Fotosíntesis, proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biosfera terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— procede de la fotosíntesis. Una ecuación generalizada y no equilibrada de la fotosíntesis en presencia de luz sería:

CO2 + 2H2A → (CH2) + H2O + H2A El compuesto H2A de la fórmula representa un compuesto oxidable; es decir, un compuesto del cual se pueden extraer electrones; CO2 es el dióxido de carbono; CH2 una generalización de los hidratos de carbono que incorpora el organismo vivo. En la gran mayoría de los organismos fotosintéticos; es decir, en las algas y las plantas verdes, H2A es agua (H 2O); pero en algunas bacterias fotosintéticas, H2A es anhídrido sulfúrico (H 2S). La fotosíntesis con agua es la más importante y conocida y, por tanto, será la que tratemos con detalle. La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.

Fig. 134: FOTOSÍNTESIS

1. REACCIÓN LUMÍNICA La primera etapa de la fotosíntesis es la absorción de luz por los pigmentos. La clorofila es el más importante de estos, y es esencial para el proceso. Captura la luz de las regiones violeta y roja del espectro y la transforma en energía química mediante una serie de reacciones. Los distintos tipos de clorofila y otros pigmentos, llamados carotenoides y ficobilinas, absorben longitudes de onda luminosas algo distintas y transfieren la energía a la clorofila A, que termina el proceso de transformación. Estos pigmentos accesorios amplían el espectro de energía luminosa que aprovecha la fotosíntesis. La fotosíntesis tiene lugar dentro de las células vegetales, en orgánulos llamados cloroplastos que contienen las clorofilas y otros compuestos, en especial enzimas, necesarios para realizar las distintas reacciones. Estos compuestos están organizados en unidades de cloroplastos llamadas tilacoides; en el interior de estos, los pigmentos se disponen en subunidades llamadas fotosistemas. Cuando los pigmentos absorben luz, sus electrones ocupan niveles energéticos más altos, y transfieren la energía a un tipo especial de clorofila llamado centro de reacción. En la actualidad, se conocen dos fotosistemas llamados I y II. La energía luminosa es atrapada primero en el fotosistema II, y los electrones cargados de energía saltan a un receptor de electrones; el hueco que dejan es reemplazado en el fotosistema II por electrones procedentes de moléculas de agua, reacción que va acompañada de liberación de oxígeno. Los electrones energéticos recorren una cadena de transporte de electrones que los conduce al fotosistema I, y en el curso de este fenómeno se genera un trifosfato de adenosina o ATP, rico en energía. La luz absorbida por el fotosistema I pasa a continuación a su centro de reacción, y los electrones energéticos saltan a su aceptor de electrones. Otra cadena de transporte los conduce para que transfieran la energía a la coenzima dinucleótido fosfato de nicotinamida y adenina o NADP que, como consecuencia, se reduce a NADPH2. Los electrones perdidos por el fotosistema I son sustituidos por los enviados por la cadena de transporte de electrones del fotosistema II. La reacción en presencia de luz termina con el almacenamiento de la energía producida en forma de ATP y NADPH2.

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Fig. 135: PARTES DEL CLOROPLASTO DONDE SE REALIZA LA FOTOSÍNTESIS

Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

Fig. 136: ZONAS DE LOS TILACOIDES Y GRANAS DONDE SE REALIZA LA FOTOSÍNTESIS

Fig. 137: FOTOSISTEMAS I Y II DE LA FASE LUMINOSA DE LA FOTOSÍNTESIS

2. REACCIÓN EN LA OSCURIDAD La reacción en la oscuridad tiene lugar en el estroma o matriz de los cloroplastos, donde la energía almacenada en forma de ATP y NADPH2 se usa para reducir el dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta función se lleva a cabo mediante una serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y NADPH2. Cada vez que se recorre el ciclo entra una molécula de dióxido de carbono, que inicialmente se combina con un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa 1,5-difosfato para formar dos moléculas de un compuesto de tres carbonos llamado 3-fosfoglicerato. Tres recorridos del ciclo, en cada uno de los cuales se consume una molécula de dióxido de carbono, dos de NADPH2 y tres de ATP, rinden una molécula con tres carbonos llamada gliceraldehído 3-fosfato; dos de estas moléculas se combinan para formar el azúcar de seis carbonos glucosa. En cada recorrido del ciclo, se regenera la ribulosa 1,5-difosfato. Por tanto, el efecto neto de la fotosíntesis es la captura temporal de energía luminosa en los enlaces químicos de ATP y NADPH2 por medio de la reacción en presencia de luz, y la captura permanente de esa energía en forma de glucosa mediante la reacción en la oscuridad. En el curso de la reacción en presencia de luz se escinde la molécula de agua para obtener los electrones que transfieren la energía luminosa con la que se forman ATP y NADPH2. El dióxido de carbono se reduce en el curso de la reacción en la oscuridad para convertirse en base de la molécula de azúcar. La ecuación completa y equilibrada de la fotosíntesis en la que el agua actúa como donante de electrones y en presencia de luz es:

6 CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Profesores: Julio Vásquez – Lorenzo Minaya

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Fig. 138: CICLO DE CALVIN EN LA FASE OSCURA DE LA FOTOSÍNTESIS

La quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se libera en reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos reducidos. Los organismos que realizan quimiosíntesis se denominan quimioautótrofos, quimiolitótrofos o quimiosintéticos; todos ellos son bacterias que usan como fuente de carbono el dióxido de carbono en un proceso similar al ciclo de Calvin de las plantas. La ecuación global de la quimiosíntesis, usando como molécula oxidable el sulfuro de hidrógeno es la siguiente:

CO2 + O2 + 4H2S → CH2O + 4S + 3H2O La quimiosíntesis depende de la existencia de potenciales químicos importantes, los que acompañan a mezclas no estables de sustancias, las cuales aparecen sólo localmente, allí donde los procesos geológicos las han generado. Así, cadenas alimentarias completas basan su existencia en la producción quimiosintética en torno a las emanaciones hidrotermales que se encuentran en las dorsales oceánicas, así como en sedimentos profundos. Muchas bacterias en el fondo de los océanos usan la quimiosíntesis como forma de producir energía sin el requerimiento de luz solar, en contraste con la fotosíntesis la cual se ve inhibida en aquel hábitat. Muchas de estas bacterias son la fuente básica de alimentación para el resto de organismos del suelo oceánico, siendo el comportamiento simbiótico muy común.

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Muchos científicos creen que la quimiosíntesis podría mantener vida debajo de la superficie de Marte, Europa (luna de Júpiter) y otros cuerpos planetarios.

Fig. 139: ORGANISMOS DE LAS PROFUNIDADES OCEÁNICAS QUE DEPENDEN DE LA QUIMIOSÍNTESIS

1. Realiza un cuadro comparativo entre las fases de la fotosíntesis, estableciendo para ellos cinco criterios. 2. ¿Cuál es la diferencia entre fotosíntesis y respiración celular? 3. Analiza la relación entre el dióxido de carbono y la glucosa 4. ¿Cuál es la importancia de la fotosíntesis? 5. Visita el blog del grado www.ctadecuarto.blogspot.com y visualiza los recursos que te presentamos.

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