Apoyo Docente Biología

ADN e Información Genét ica Aprendizajes Esperados ·

El fundamento de la continuidad de la vida, a través de la replicación del DNA y del flujo de la información genética desde el DNA a las proteínas, se encuentra en la estructura del DNA revelada por James Watson y Francis Crick en 1954: una doble hélice compuesta de dos cadenas de ácidos nucleicos, entrelazadas y orientadas en direcciones opuestas, manteniéndose juntas por débiles puentes de hidrógeno complementarios entre los pares de bases, Adenina (A) y Timina (T); y Guanina (G) y Citosina (C). La complementariedad A-T y G-C de los ácidos nucleicos constituye el principio fundamental para la replicación del DNA con la fidelidad necesaria para asegurar la continuidad de la vida y para la expresión de la información genética en proteínas.

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El material genético se duplica antes de la división celular. La replicación del DNA reproduce fielmente toda la secuencia de nucleótidos del genoma por un mecanismo semiconservativo: se abre la doble hélice y cada hebra de DNA sirve de molde (templado) para la síntesis de otra hebra complementaria, originándose dos doblehélices hijas que contienen una cadena del original y una recién sintetizada.

Relación con el Currículo Unidad o Eje de Aprendizaje: Estructura y función de los seres vivos. Contenidos Mínimos Obligatorios: Descripción del modelo de la doble hebra del ADN de Watson y Crick, la universalidad del código genético y su relevancia en la replicación y transcripción del material genético desde el gen hasta la síntesis de proteínas. Objetivos Fundamentales Transversales: Comprender la naturaleza y estructura del material genético, el tipo de información que contiene, cómo ésta se expresa a nivel celular y del organismo completo, y las implicancias sociales y ético-morales de las aplicaciones de la ingeniería genética. Conceptos Claves: Material genético, material hereditario, transformación, ADN (ácido desoxirribonubleico), ARN primario, ARN mensajero, ARN ribosomal, ARN transportador, genes, cromosomas, transcripción, modelo de doble hélice, bases nitrogenadas, nucleótidos, replicación semiconservativa, ADN polimerasa, helicasa, exones, intrones, ribosomas, aminoácidos, proteínas, inmunidad adquirida.

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Orientaciones Pedagógicas Antes de Comenzar la Unidad: • Familiarícese con el objeto digital. • Imprima las copias necesarias de la Guía del Estudiante. • Revise los conceptos claves que el alumno debe apren der. • Prepare los materiales y elementos necesarios para la realización de las actividades prácticas sugeridas en la presente guía. • Revise el sitio web para profundizar • Utilice el recurso “glosario” sólo para su profundización de contenidos y la conceptualización correspondiente, y para que los estudiantes complementen los aprendizajes después que los han construido por sí solos y no al principio de la clase.

Sesión 1 Focalización 1) Entregue a sus alumnos y alumnas la Guía del Estudiante, indicando los objetivos de la clase y motivando la temática a través del recurso [Página 1. ¿Qué Sabemos?]. Modere las respuestas de los estudiantes ante las siguientes preguntas que aparecen en la Guía del Estudiante: · · ·

¿Qué sabemos sobre la información genética de los seres vivos? ¿De qué forma se evidencia la existencia de la información genética? ¿Qué ocurrirá si a un organismo se le extrajera la información genética?

Solicite a cada alumno y alumna que escriba sus respuestas, las comparta con su grupo y posteriormente cada grupo con el curso. Registre la lluvia de ideas para ser contrastada con los aprendizajes validados al final de la sesión. 2) Antes de mostrar el recurso [Página 2. ¿Qué es la Acetabularia?] a sus estudiantes, preocúpese de que en el segundo nº 25 de la reproducción, deberá detener la animación para realizar con sus estudiantes las siguientes actividades predictivas, pidiendo que las representen en esquemas: La Acetabularia es un alga verde unicelular que pueden medir hasta 10 cm de largo, que tiene forma de paragua, se fija al sustrato por rizoides que forman la base de la célula en donde está localizado el núcleo, en el extremo superior posee un sombrerillo con distintas formas según la especie. Un tallo une la base con el rizoide. · ·

¿Qué ocurrirá si se hacen 2 cortes a la Acetabularia, dejando separadas: base, tallo y sombrerillo y se cultiva cada una de estas partes separadamente en condiciones óptimas? Dibujen sus predicciones.

Ahora presente el recurso [Página 2. ¿Qué es la Acetabularia?] a sus estudiantes, siguiendo las indicaciones anteriores. Material para Imprimir

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3) Presente el recurso [Página 3. El Experimento de Hammerling] y a través de dicha actividad, establezca una relación entre la información genética y la regeneración de las partes de Acetabularia con ayuda de los estudiantes. Pídales contrastar sus predicciones de la actividad anterior, con la información que ambos recursos presentan.

Exploración 1) Explique a sus estudiantes lo siguiente: Existe una cepa de bacterias (S) que tienen una cápsula de carbohidratos, y son patogénicas, lo cual queda en evidencia cuando infectan a una rata provocándole neumonía y con esto, la muerte. Existe otra cepa (R) que presenta bacterias que carecen de la cápsula de carbohidratos y no son patogénicas, es decir, cuando estas bacterias infectan a un ratón no causan neumonía; son benignas. Invite a realizar las siguientes predicciones, en las situaciones planteadas: · · · ·

¿Qué le ocurriría a un ratón si se le inyecta una cepa de bacterias patogénicas S vivas? ¿Qué le ocurriría al ratón si se le inyectan una cepa de bacterias no patogénicas R vivas? ¿Qué le ocurriría al ratón si se le inyecta una cepa de bacterias patogénicas S muertas? ¿Qué le ocurriría al ratón si se le inyecta una mezcla de bacterias no patogénicas R vivas con bacterias patogénicas S muertas?

2) Luego discuta las predicciones de los diferentes grupos e invítelos a analizar el recurso [Página 4. La Transformación: El Primer Paso para Descubrir la Naturaleza de los Genes], moviendo el mouse sobre los botones a la derecha de la pantalla, para realizar cada experimento. A fin de reforzar la actividad anterior, muestre el video “El experimento de Griffith” (que se encuentra en la misma página 4) y discuta con los estudiantes contrastando sus predicciones con los resultados observados en el experimento de Griffith, fundamentando lo siguiente: ·

¿Cuál sería la explicación del último fenómeno observado?

Luego complemente con el recurso “Frederick Griffith” (que se encuentra en la misma página 4) a fin de revisar su biografía.

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Reflexión 1) Presente a los estudiantes el recurso [Página 5. ADN: El Portador del Material Genético] para revisar ahora el experimento de Avery, donde en el tubo de ensayo, se encuentran las enzimas que serán agregadas al extracto correspondiente. A medida que va usando el recurso, discuta cada una de las situaciones realizando la siguientes preguntas de la Guía de l Estudiante: a) ¿Cuál es el procedimiento que siguió Avery para obtener un extracto de células vivas? b) ¿Qué ocurre si no se somete el extracto de células a la acción enzimática? c) ¿Qué ocurre si no se somete el extracto de células a la acción enzimática de proteasas? d) ¿Qué ocurre si no se somete el extracto de células a ADNasas? e) ¿Qué ocurre si no se somete el extracto de células a la acción de ARNasas? f) ¿Por qué Avery concluyó que el ADN es el responsable de que ocurra la transformación? 2) Experimento de Marta Chasse con fósforo y azufre radioactivo de la infección de bacterias por virus T. Pida a los estudiantes revisar el siguiente texto presente en la Guía del Estudiante, que trata sobre el experimento de Marta Chase y Alfred Day Hershey: Los experimentos de Griffith y Avery parecían indicar que existía un "factor" que transmitía información genética y que éste era el ADN. Aún así, en la época, existían opiniones controvertidas sobre el material que contenía la información genética. Algunos sostenían que la información genética estaba en el ADN, mientras que otros sostenían que la base de la información genética eran las proteínas; el "factor" de Mendel continuaba siendo invisible. Chase y Hershey decidieron demostrar definitivamente quién tenía razón. En 1953, hicieron el descubrimiento clave. Estaban investigando con un curioso virus llamado bacteriófago T2, que infectaba sólo a bacterias. Como todos los virus, inyectaba su información genética para que el huésped (la bacteria) trabajara produciendo más bacteriófagos. Chase y Hershey consiguieron obtener bacteriófagos T2 con el ADN radioactivo. Eso permitía detectar con un contador de radiaciones dónde se hallaba el ADN del bacteriófago. Después de permitir que estos bacteriófagos radioactivos atacaran bacterias y medir la radioactividad, descubrieron que las bacterias habían incorporado radioactividad. ¡Eso indicaba que el ADN (radioactivo) había sido inyectado en las bacterias por los bacteriófagos! Al repetir el experimento, pero esta vez con bacteriófagos T2 con las proteínas radioactivas, el resultado fue todo lo contrario: las proteínas del bacteríofago no penetraban en las bacterias.

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El contenedor de información genética, el "factor" de Mendel, de Griffith y de Avery, sólo podía ser uno: ¡el ADN! Este experimento, conocido como experimento Hershey-Chase, proporcionó a Hershey el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1969. Tiempo después de la experiencia de Marta Chase, el bioquímico estadounidense James D. Watson y el biofísico británico Francis Crick dieron a conocer la estructura tridimensional del ADN, un descubrimiento que se basaba en los resultados del experimento Hershey-Chase. Luego de leer este texto, los estudiantes deben contestar las siguientes preguntas: a) ¿En qué consistió el experimento de Chase y Hershey? b) ¿Cuál fue su importancia para la Ciencia? 3) Finalmente, reflexione junto a sus alumnos en torno a la siguiente problemática: · ¿Cómo se transmite la información genética entre generaciones?

Aplicación / Evaluación 1) Presente a los estudiantes las actividades [Página 6. Ubicación y Función del Núcleo Celular] y [Página 7. Conclusiones a Partir del Experimento de Griffith]. 2) Solicite a los estudiantes responder en la Guía del Estudiante: ¿Qué aprend imos en esta sesión? Valide los aprendizajes de sus estudiantes.

Sesión 2 Focalización 1) Motive a sus estudiantes a recordar lo aprendido en la sesión 1. 2) Invítelos a responder la siguiente pregunta · ¿Cómo te imaginas que es la estructura del ADN? Realiza un dibujo o esquema que lo represente. 3) Presente el siguiente problema de la Guía del Estudiante, que se encuentra en el recurso [Página 8. Actividad Experimental]: · ¿Cómo podríamos extraer ADN de un organismo? Junto a tu grupo de trabajo, diseñen un mecanismo simple de extracción de ADN desde las células de un ser vivo, por ejemplo, de una planta.

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Exploración Cuente a los estudiantes que realizarán un procedimiento para extraer material genético a partir de un ser vivo. Pídales que revisen las instrucciones presentes en la Guía del Estudiante: A continuación, con tu grupo de trabajo realizarás un procedimiento para extraer ADN, que corresponde a una adaptación del método descrito por Judy Brown y Pokey Stanfor (Mississipi Science, 1997). Materiales: Hígado de pollo (también puede utilizarse semillas naturales de arvejas, o verduras como el brócoli), juguera, sal no yodada, detergente para loza, cuchara, tubo de ensayo grande, vaso precipitado, probeta, filtro de papel para café, colador, mondadientes, alcohol etílico frío de 95 grados, ablandador de carne. Procedimiento: a) Agreguen una cantidad de hígado de pollo (o su alternativa) en la juguera y luego el doble de agua fría y una pizca de sal. b) Enciendan la juguera a velocidad alta por 15 segundos. c) Pasen la mezcla por un colador, mientras lo vierten a otro recipiente. Al contenido colado agreguen 1/6 de detergente. Dejen reposar la mezcla por 5-10 minutos. d) Agreguen media cucharadita de ablandador de carne (proteasas) y mezclen suavemente. e) Finalmente, separen una cantidad de la mezcla en otro recipiente y agreguen la misma cantidad de alcohol etílico frío (deslizar por la pared suavemente).

Reflexión Pida a los estudiantes que contesten grupalmente las siguientes preguntas, para luego generar una discusión a nivel general en torno a sus respuestas: · · · ·

¿Qué efecto tendrá el uso de la juguera para realizar la mezcla? ¿Cuál será la función de la sal? ¿Y para qué se usó el detergente? ¿Qué función cumple el ablandador de carne? ¿Qué función cumple el alcohol? ¿Qué creen que será la masa blanca que flota en el contenido del tubo?

Una vez realizada la experiencia, invite a los estudiantes a contrastar el diseño de extracción de ADN ideado por ellos durante la focalización, con el procedimiento realizado durante la experimentación.

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Aplicación / Evaluación 1) Pregunte a los estudiantes: · La idea que tenías del ADN, ¿corresponde al ADN observado? · ¿Para qué nos sirve extraer el ADN de los seres vivos? Pídales que respondan en forma individual, para luego generar una discusión a nivel de curso. 2) Muestre a los estudiantes el recurso [Página 9. Principios de la Herencia] a fin de recordar el rol de Mendel en el descubrimiento de la información genética, y la relación de los genes con los cromosomas 3) Finalmente, pida a los estudiantes que contesten la pregunta: ¿Qué aprend imos en esta sesión? Valide los aprendizajes de sus estudiantes y contrástelos con las ideas previas registradas al inicio de la sesión.

Sesión 3 Focalización 1) Recuerde junto a los alumnos y alumnas la sesión 2. 2) Pregunte: · ¿Qué características observaste del ADN que se extrajo de las células del ser vivo en estudio? 3) Invite a los estudiantes a reconocer la estructura del ADN, a través del recurso [Página 10. Estructura Química del ADN] y el recurso izquierdo de la [Página 11. Estructura Espacial del ADN I].

Exploración Invítelos a realizar la siguiente actividad grupa l: Junto a tu grupo de trabajo, elaboren un modelo de ADN, utilizando materiales de libre elección y basándose en la información entregada en los recursos [Página 10. Estructura Química del ADN] y [Página 11. Estructura Espacial del ADN I].

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Reflexión 1) Pida a los estudiantes exponer sus modelos y discuta con ellos las estructuras presentadas. Establezca semejanzas y diferencias entre los modelos. 2) Revise junto a los estudiantes la actividad presente en un costado derecho del recurso para analizar la estabilidad de la estructura del ADN, en la [Página 11. Estructura Espacial del ADN I], a fin de observar la ruptura de los enlaces de hidrógeno entre las bases complementarias de ambas hebras del ADN a altas temperaturas.

Aplicación / Evaluación 1) A fin de aplicar los aprendizajes, pida a los estudiantes trabajar las actividades propuestas en los recursos [Página 12. Estructura Química del ADN II] y [Página 13. Estabilidad del ADN]. 2) Finalmente, solicíteles responder en la Guía del Estudiante: ¿Qué aprend imos en esta sesión? Valide los aprendizajes de sus estudiantes y contrástelos con las ideas previas registradas al inicio de la sesión.

Sesión 4 Focalización 1) Motive a sus estudiantes a recordar lo aprendido en la sesión 3. 2) Realice la siguiente pregunta de la Guía del Estudiante: ·

¿Cómo ocurre la replicación del ADN?

Solicite a cada alumno y alumna que escriba sus respuestas, las comparta con su grupo y posteriormente cada grupo con el curso. Registre la lluvia de ideas para ser contrastada con los aprendizajes validados al final de la sesión.

Exploración Invite a los estudiantes a realizar la siguiente actividad grupal: ·

Junto a tu grupo de trabajo y utilizando el modelo del ADN elaborado en la sesión anterior, representen una forma de replicar la estructura del ADN.

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Reflexión Trabaje con los estudiantes el material incluido en el recurso [Página 14. Replicación Semiconservativa del ADN]. 1) Presente a los estudiantes el video “El experimento de Meselsohn y Stahl” , el cual evidencia la replicación del ADN; luego de visto este video, pídales que respondan las siguientes preguntas de la Guía de l Estudiante: · ¿En qué consistió, en términos generales, el experimento de Meselsohn y Stahl? · ¿Qué permitió evidenciar dicho experimento? 2) Luego muestre el video “Comparación entre tres hipótesis sobre la replicación”, ubicado en [Página 14. Replicación Semiconservativa del ADN]. Pídales que contesten la pregunta de la Guía del Estudiante: · ¿Cuáles eran las tres hipótesis de replicación? Explica cada una de ellas. 3) Presente el recurso [Página 15. La Replicación del ADN], el cual explica la forma en que se replica el ADN; invite a los estudiantes a construir en forma individual, un esquema conceptual que sintetice el proceso de replicación. 4) Finalmente, invite a los estudiantes a que contrasten el modelo de replicación diseñado por ellos durante la exploración, con la nueva información sobre la replicación del ADN, estableciendo similitudes y diferencias.

Aplicación / Evaluación 1) Muestre a los estudiantes el recurso [Página 16. Tres Hipótesis Sobre la Replicación] a fin de que apliquen lo aprendido sobre la replicación conservativa, semiconservativa y dispersiva. 2) Invite a los estudiantes a realizar las actividades propuestas en las páginas a y b del recurso [Página 17. El Proceso de la Replicación del ADN]. 3) Para el cierre de la unidad: Pida a sus estudiantes que, en forma individual, registren sus aprendizajes de la unidad. Posteriormente, valide cada uno de los aportes y contrástelos con las ideas previas que tenían al comienzo de la unidad. Luego, muestre el recurso de la [Página 18. ¿Qué Aprendimos?] para que corroboren sus aprendizajes. ¿Qué aprendimos? •

El ADN codifica la información genética que caracteriza fenotípica y genotípicamente a las múltiples especies del planeta.

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Los trabajos de transformación bacteriana de Griffith y Avery, permitieron calificar al ADN como la molécula de la herencia.

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En 1953 Watson y Crick develaron la estructura tridimensional del ADN, que consiste en Material para Imprimir

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una doble hélice de bases nitrogenadas (A, T, C y G), unidas por puentes de hidrógeno hacia el interior, y por desoxirribosa y enlaces fosfato hacia el exterior de la molécula. •

Durante la replicación, el ADN es liberado de las proteínas que lo mantienen condensado y ocurre la separación de las hebras, formándose la horquilla de replicación, a la que se unen los complejos de enzimas que participan en la formación de la nueva hebra de ADN, entre las que se encuent ra la ADN polimerasa.

Incentive a repasar este objeto digital individualmente y profundizar en el tema.

Articulación Conocimientos Previos Necesarios de los Estudiantes: • Identifican la célula como unidad estructural y funcional de los seres vivos. • Describen las cuatro moléculas orgánicas: proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. • Reconocen y explican el fenómeno de división celular, mitosis y meiosis.

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