Módulo 1 Ciclo Celular: Aprendizaje Activo Universidad Interamericana de Puerto Rico, Recinto de Fajardo Dr. Juan Mackenzie Marín, Catedrático Asociado Biología Tabla de contenido Actividad de inicio recomendadas o Video ciclo celular 1 español o Video ciclo celular 2 español o Guía sobre el Ciclo Celular y Mitosis o Guía sobre Meiosis 1. 2. 3.

Introducción Objetivos Lecciones Lección I. Meiosis Ejercicio 1: Modelando Meiosis Lección II. Óvulo y Esperma Ejercicio 1: Hembras Ejercicio 2: Varones

Ejercicio 3: Fertilización Lección III: Actividad interactiva Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 4. Actividades Educativas 5. Recursos Educativos 6. Referencias Electrónicas 7. Material Suplementarios 8. Tiempo 9. Evaluación 10. Vinculos 11. Créditos

Créditos: Traducido y adaptado del documento original por el Dr. Juan Mackenzie Marín, Catedrático Asociado Biología Lección 1: Cómo se reproducen los organismos? Meiosis (Producción células sexuales haploides) Nivel subgraduado

Curso hibrido o en línea BIOL 1102: puede ser adaptado para usarse a cualquier nivel

Tiempo Estimado

La totalidad de las actividades interactivas y de aprendizaje activo pueden tomar 6 – 10 hora un promedio de 6 a clases o 3 semana para un curso de 3 créditos. Actividad

Tiempo

Lectura texto electrónico

1hrs.

Presentaciones, pantallas interactivas con interactividad

1hrs.

Interactividad, videos, 4hrs aprendizaje activo Tiempo Estimado: 6 horas. Para reflexionar

1. ¿Cómo los genes de los padres se pasan a sus descendientes? 2.

¿Cuál es la diferencia entre la mitosis y la meiosis?

3.

Los humanos normales llevan 46 cromosomas en cada célula (2 copias de 23 cromosomas). ¿Por qué tenemos dos copias de cada uno de los genes en nuestro genoma?

4.

¿Podemos elegir los genes que queremos que nuestros hijos

hereden?

Materiales

Estos son algunos de los materiales que usted puede desear para los experimentos de ejemplo suministrados con esta lección. Para los estudiantes que trabajan en pares, por par: 4 bolas de plastilina de diámetro de una pulgada de cuatro colores diferentes: rojo, azul, amarillo y verde • 1 gran óvalo y 4 óvalos pequeños de papel blanco • 1 par de tijeras • 1 hilo grueso de color marrón de 2.5 pies de longitud. • 4 hilos marrón, gruesa de 1-pie de longitud 1 hilo blanco en cadena torcida de 1-pie. marcadores permanentes (Sharpie) •

Objetivos capaz

Una vez que haya completado esta lección usted será de:

1.

2.

3.

4. 5.

6.

Diferenciar entre células haploides y diploides, las células de los procesos de mitosis y meiosis, las características de las células somáticas y las células sexuales. Definir gametos, tétrada, cromátida, los cromosomas homólogos, la citocinesis, cuerpos polares. Explicar cómo los entre cruzamiento en las tétradas son responsables de la variación genética en una especie. Describir las etapas implicadas en la meiosis y la importancia de cada paso. Describir cómo se generan las células sexuales haploides en los padres y cómo se produce la fertilización para producir descendencia diploide. Explicar los procesos de la citocinesis en las células de la esperma y los óvulos y el significado de cada uno.

Introducción En esta práctica vamos a investigar las bases celulares de la variación en los organismos mediante la exploración de los procesos que intervienen en la reproducción sexual. Este aprendizaje activo tiene dos partes, la meiosis [1] y huevos y esperma [2]. En primer lugar, vamos a

examinar cómo las células sexuales, o gametos, se generan en los hombres y las mujeres. Un proceso especializado, la división celular meiótica, produce los gametos, (esperma y el óvulo en los seres humanos y en otros animales, en la producción del polen y huevo en las plantas). Las divisiones celulares meióticas se producen en células especializadas en las estructuras reproductivas de las plantas y los animales, y otros organismos que se reproducen sexualmente. En la segunda parte del aprendizaje activo, vamos a explorar el fenómeno de espermatozoides citocinesis y cómo las células espermáticas "cubren sus apuestas", mientras que algunos óvulos terminan recibiendo una distribución desigual de los recursos. In this lab we will investigate the cellular basis of variation in organisms by exploring the processes involved in sexual reproduction. Parte I. Meiosis 1. Recordemos que los cromosomas están compuestos de ADN y contienen el mapa genético de un organismo. Cada especie tiene su propio conjunto único de cromosomas, y todos los individuos de Información de una especie en particular suelen tener el mismo número de transfondo cromosomas. Los seres humanos tienen 46 cromosomas. ¡El perro

doméstico tiene 78 cromosomas, el gato doméstico tiene 38 cromosomas, y el ratón tiene 40 cromosomas! 2. Dentro de cada individuo en una especie, cada célula somática contiene el mismo número de cromosomas que todas las demás. Los seres humanos (y la mayoría de otros animales) son organismos diploides lo que significa que cada célula contiene dos conjuntos de cromosomas completos Pregunta 3. Desde donde estos dos conjuntos de cromosomas son heredados inicialmente? Transfondo 4. Los gametos humanos (células sexuales) son células haploides, lo que significa que tienen un solo juego completo de cromosomas Pregunta 5. Si las células somáticas humanas tienen 46 cromosomas, ¿Cuántos cromosomas tienen los gametos humanos? Transfondo 6. Cuando se produce la fecundación, el espermatozoide haploide y el óvulo haploide se unen, produciendo un cigoto fertilizado. Esto "restaura" el número diploide de cromosomas. Pregunta 7. ¿Cuántos cromosomas contienen los huevos fertilizados? Son los óvulos fertilizados células haploides o diploides? Exercicio 1 Modelando Meiosis

Transfondo

Preguntas

1. Usted va a trabajar a través de los eventos celulares implicados en la meiosis paso a paso. Usted va a trabajar con los cromosomas de algo imaginario, un organismo mítico. Usted y sus compañeros de equipo completaran los siguientes pasos, y luego repetirán el proceso hasta que puedan lo puedan completar sin necesidad de utilizar estas instrucciones. el organismo imaginario tiene un número diploide de cromosomas de 4. Configuración del Genoma: I. Usted va a crear un núcleo diploide que contiene dos pares de cromosomas. En primer lugar, dividir cada una de sus cuatro bolas de arcilla de color por la mitad. 2. ¿Cuál será el número de cromosomas haploide? 3. Configurando la célula.: I. Fija un óvulo grande de papel blanco en el centro de tu espacio [papel] de trabajo. Imagínate que esta es una célula sexual de el organism imaginario. Los bordes del papel representan la membrana celular. 4. Configurando el Genoma: I. Usted va a crear un núcleo diploide conteniendo dos pares de cromosomas. Primero divide cada una de las cuatro bolas plasticina de color por la mitad.

II.

Tome la mitad de cada bola y ruédela entre sus manos para formar una pieza elongada como una serpiente. Usted tendrá 4 cromosomas como modelo. Haga el cromosoma amarillo y el verde como de 4 pulgadas de largo y el rojo y el azul como de 6 pulgadas. Nos referiremos al par amarillo/verde como el PAR 1 y al par rojo/azul como el PAR 2.

Figura 1. Modelo de cromosomas de plastilina y su llave de código de color III. Recuerde que un cromosoma es una cadena de ADN estrechamente enrollada. Dentro de cada cromosoma hay muchos, muchos genes. A los cromosomas dentro de cada par se les llaman homólogos queriendo decir similares, pero no necesariamente idénticos. Los cromosomas homólogos contienen los mismos genes, pero no necesariamente los mismos alelos. Por ejemplo, dos cromosomas homólogos pueden contener el gen que codifica para el color de los ojos, pero la forma del alelo

IV.

puede ser diferente – como teniendo el alelo para ojo azul en un cromosoma y el alelo para el color de ojo marrón en el otro. Vamos a examinar cuatro rasgos mendelianos en el organismo imaginario, especificados por cuatro genes. Recuerde que los genes son segmentos de cromosomas que codifican para proteínas que pueden resultar en la expresión de rasgos detectables (fenotipos). La tabla II describe algunos rasgos imaginarios de nuestra criatura mítica y su ubicación en cada cromosoma.

Tabla II – Rasgos imaginarios del organismo Genes en el PAR 1 Color del pelage Tipo de pelage Cromosoma Verde

G (pelage verde)

c (pelage recto)

Cromosoma amarillo

g (pelage amarillo)

C (pelage enrolado)

Genes en el PAR 2 Color de ojos

Largo de pestañas

Cromosoma azul

B (ojos azules) L (pestañas largas)

Cromosoma rojo

g (ojos rojos)

l (pestañas cortas)

Figura 2. Mapa genético del organismo imaginario

Tenga en cuenta que estamos viendo sólo dos genes (dos pares de alelos) de cada cromosoma, ignorando cientos de otros genes. Además, tenga en cuenta que el organismo que estamos estudiando es completamente heterocigotos para los cuatro genes examinados. Esto no siempre tiene que ser el caso. VI. Marque la ubicación de cada gen mediante el tallado en la arcilla con un objeto punzante o escribiendo en la arcilla con un marcador permanente. Para completar 5. Interphase I. Durante la interface, cada cromosoma se replica por la replicación del ADN. Simule la replicación mediante la creación de un cromosoma V.

II.

Question

similar (misma forma y color) utilizando el restante de arcilla para cada uno de los cuatro cromosomas en su genoma. Etiquete cada cromátida con genes de manera que sean copias exactas Conecte juntas las cromátidas hermanas en el centrómero pellizcando juntos.

Figure 3. Replicated Chromosomes 6. ¿Cuántas cromátidas están presentes en el núcleo después de la replicación del ADN? ¿Cuántos cromosomas?

Para completar 7. Profase I I. Empareja cada cromosoma recién replicado con su cromosoma homólogo. Este emparejamiento producirá dos tétradas que contienen 4 cromátidas hermanas cada uno. Deberan ser de 8 cromátidas en total.

II.

Ahora que los cromosomas homólogos se encuentran cerca pueden ocurrir entre sí, entrecruzamiento. En cada tétrada, intercambia un alelo entre dos cromátidas no hermanas (no idénticas) sobreponiendo primero los brazos del cromosoma para formar un entrecruzamiento.

Figura 4a. Entrecruzamiento

Rompa la arcilla verticalmente para separar los cromosomas de nuevo, y unir las partes intercambiadas a su nuevo cromosoma.

Figure 4b. Entrecruzamiento resultante Para completar 8. Metaphase I I. Imagine que la membrana nuclear se ha roto en la célula del organismo imaginario. Alinea las dos tétradas de extremo a extremo a través del

II.

III.

centro de la célula. Adjuntar un trozo de hilo (fibra de husillo) negro que se extiende desde el centrómero de cada cromosoma a

la final de la celda más cercana a ella.

Pregunta

Figura 5. Metaf ase I 9. ¿Habrá una razón por la cual el cromosoma rojo terminó del mismo lado que el cromosómica verde, o fue al azar? ¿Por qué o por qué no?

Para completar 10. Anafase I I. Separa cada tétrada y usa de las fibras del huso para mover los cromosomas homólogos a los polos opuestos de la célula.

Figure 6. Anaphase I 11. Telophase I I.

Figura 7. Telof

ase I

Pregunta 12. ¿Son las dos células hijas idénticas (en composición genética)? ¿Por qué si o por qué no? Para completar 13. Profase II + Metafase II Alinea los cromosomas en cada celula extremo a extremo a I.

lo largo de la linea media celular. Adjunta las

fibras del huso a los centrómeros.

Figure 8. Prophase II + Metaphase II 14. Anafase II I. Separe las dos cromátidas hermanas y utilize las fibras del huso para moverlos a polos opuestos.

Figura 9. Anaf Pregunta

ase II

15. En la anafase II, lo que le debe suceder a la región del centrómero?

Para completar 16. Telofase II I. La citocinesis ocurre de nuevo, produciendo un total de cuatro células hijas.

Figura 10. Telofase II Para apreciar

II. ¿Son estas células haploides? Tenga en cuenta que cada célula tiene un genotipo diferente (combinación de alelos). Como resultado de intercambio de genes, cada célula hija contiene uno o más cromosomas que son

diferentes tanto los que están en la célula madre y los de otras células hijas.

17. Escribe el genotipo debajo de cada una de las células hijas resultantes en el diagrama de arriba. 18. La limpieza: Elimine la letras de la plastilina y separe la arcilla de nuevo en cuatro bolas distintas para que puedan ser utilizado en la Parte II. Parte II. Óvulo y espermatozoide Información 1. En las células humanas del sexo, la división nuclear se produce exactamente de la misma de manera en machos y hembras. Al someterse a la transfondo división celular meiótica, una célula madre diploide dará lugar a cuatro células hijas haploides. Sin embargo, el proceso de la citocinesis difiere entre las células masculinas y femeninas. Recordemos que la citocinesis ocurre en dos ocasiones en la meiosis, durante Telofase I y II. Ejercicio 1 Hembra Para completar 2. Seleccione un color de la arcilla de la Parte I y ruédelo en una bola de aproximadamente 1 pulgada de diámetro. Imagínese que en vez de material genético (ADN), ¡ahora es una célula entera! Como célula sexual de los padres en una

hembra, que está llena de nutrientes para alimentar un embrión en desarrollo.

3. Imagina que dentro de la célula: • se

produce la replicación cromosómica, • los cromosomas se condensan, • cada pare de cromosomas replicados se aparea con su socio para formar un cuarteto, • los cromosomas homólogos intercambian genes, • las tétradas se alinean en el centro de la célula, • y la primera división nuclear se produce.

• Ahora

es el momento para que las células se someten a la primera citocinesis que tiene lugar en Telofase I 4.

Igualmente divide la célula femenina en una celda pequeña y una grande.

5.

Pretende que: • los pares de cromátidas ahora se alinean en el centro de cada célula

•

y las dos cromátidas de cada par se separan.

Ahora, en Telofase II, cada célula se divide de nuevo. 6. La célula pequeña se divide por la mitad, mientras la célula grande se divide desigualmente.

Esta división desigual produce tres cuerpos polares no funcionales y un huevo funcional de cada célula parental femenino. El resultado de esta división "desequilibrada" es que el óvulo no fecundado hereda casi todos sus orgánulos internos y el citoplasma de la hembra. 7.

Exercicio 2 Varones Para completar 1. Elige un nuevo color de la plastilina para representar las células sexuales de los padres varones. Realice dos divisiones celulares sucesivas que comienzan con la célula parental masculina. Las células se dividen a la mitad por igual en cada división a medida que la meiosis procede.

2.

Cada una de las cuatro células hija (¿hijo?) entonces se diferencia, haciéndose cada vez más pequeños y desarrollando un flagelo largo (cola).

3.

Esto produce cuatro espermatozoides viables por cada célula progenitora masculino. Al principio, los espermatozoides nadan en círculos.

4.

Poco a poco, comienzan a nadar en una línea recta.

Otra diferencia interesante entre los sexos es que una mujer nace con todos los óvulos que tendrá presente en toda su vida en sus ovarios. Un huevo normalmente madura cada mes después de la pubertad. Por el contrario, el macho sigue produciendo espermatozoides nuevos "en la demanda." Pregunta 6. Sobre la base de lo que se sabe de la función del gameto masculino, ¿Crees que sería ventajoso 5.

para una célula de esperma sea pequeño o grande y lleno de nutrientes, como un óvulo? ¿Por qué?

Fertilización

Exercicio

3 Los óvulos tienen un revestimiento gelatinoso que les proporciona protección de su medio ambiente. Cuando la cola en movimiento de una célula de esperma impulsa al revestimiento exterior de la célula huevo, el espermatozoide segrega enzimas especiales (proteínas) que permiten su penetración en la gelatina para llegar a la membrana de la célula huevo. El óvulo "reconoce" el espermatozoide y le envuelve. 2. La célula de esperma se desplaza entonces al interior de la célula huevo y el núcleo haploide de esperma se fusiona con el núcleo haploide del huevo, formando un núcleo diploide. La fertilización se completa! Pregunta 3. ¿Por qué los gametos han de ser haploides? ¿Qué pasaría si los gametos fueron producidos por mitosis y fueran diploides? 1.

Recursos Suplementarios

Actividad de inicio Créditos: Traducido y adaptado del documento original por el Dr. Juan Mackenzie Marín, Catedrático Asociado Biología FourPhasesOfTheCellCycle

Ch12_Lecture_Presentation

Parte III: Actividad interactiva En preparación para las actividades edducativas de aprendizaje activo que continuan: 1. Vea el tutorial FourPhasesOfTheCellCycle disponible en el material de estudio del Modulo 1 en tu curso dentro de la plataforma de Blackboard 2. Vea la animacion en http://www.cellsalive.com/cell_cycle_js.htm 3. Completa las actividades de aprendizaje activo disponible abajo. Ejercicio 1: Instrucciones: Recorte con una tijera o navaja las celdas en la tabla con los nombres de los eventos que ocurren en el ciclo celular y peque en el recuadro de la figura 1 el evento que correspanda a la étapa.

Figura 1: Ejercicio activo 1 Etapas del Ciclo Celular

Crecimiento Celular

Crecimiento Celular

Duplicación de organelos

Duplicación de organelos

Preparación para la replicación del ADN

Preparación para la replicación del ADN

Replication del ADN

Formación de dos células hijas

Ejercicio 2: Instrucciones: Completa la columna de la derecha con el nombre de la etapa que corresponde a la descripción, así como: • • • •

G1 G2 S M

Las células poseen el número estándar diploide de cromosomas Cada cromosoma contiene una molécula de ADN

Ada molécula de AND es replicada Aparecen la cromátidas hermanas Aparece el centrómero uniendo las cromátidas hermanas El número de moléculas de ADN se duplica pero el número de cromosomas permanece sencillo El número de moléculas de AND y el número de cromosomas permanecen constantes o iguales La membrane nuclear desaparece Los cromosomas se separan en dos conjuntos equivalentes Los cromosomas se condensan y se alinean a medida que las cromátidas hermanas son separadas y

segregadas a los polos celulares Se restablece la membrana nuclear y se produce citoquinesis Cada célula hija contiene un conjunto idéntico de cromosomas Instrucciones ejercicio 3A: 1. Corte de la tabla de abajo las demanda por cumplirse y péguela en el punto de inspección correspondiente de la Figura 3. Los cromosomas se han replicado satisfactoriamente

Si el tamaño de las de las células es adecuado

Si el AND no está dañado

Si los nutrientes son suficientes

Si está presente y activada la MFP

Si las señales sociales y externas están presentes

Si los cromosomas se han unido a las fibras del huso mitótico

Si el ADN no está dañado

Silos cromosomas se han segregado apropiadamente y la MFP está ausente

Figura 3: Puntos de inspección Ejercicio 3B: Complete las columnas vacías con el nombre del punto de inspección demanda el cumplimiento de lo que se debe cumplir para entrar a la siguiente etapa. Se pasa este punto [ G1, G2, M] de inspección solo sí: Los cromosomas se han replicado satisfactoriamente

Si el tamaño de las de las células es adecuado

Si el AND no está dañado

Si los nutrientes son suficientes

Si está presente y activada la MFP

Si las señales sociales y externas están presentes

Si los cromosomas se han unidos a las fibras del huso mitótico

Si el ADN no está dañado

Silos cromosomas se han segregado apropiadamente y la MFP está ausente

Actividades educativas 1.

2. 3.

4.

5.

6.

Lee y estudia la presentación de PowerPoint [Ch12_Lecture_Presentation] Estudia el video “FourPhasesOfTheCellCycle” Lea y estudie el contenido de la animación interactiva en http://www.cellsalive.com/cell_cycle_js.htm Lee y estudia el contenido de estas lecciones incluidas arriba como lección 1 a la 3.

Completa los ejercicios dé cada lección y colócalos en una carpeta para entregar. Entrega por la vía electrónica [e-mail de tu curso de Blackboard] o de forma directa en las manos del profesor. Lecciones a completar para nota:

Lección I. Meiosis Exercicio 1: Modelando Meiosis Lección II. Óvulo y Esperma Ejercicio 1: Hembras Ejercicio 2: Varones Ejercicio 3: Fertilización Lección III: Actividad interactiva Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 7. Foro de Discusión si el curso lo requiere. 8. Prueba de auto avaluación si estuviera disponible. Recursos Educativos:

Libro de Texto: Incluido en el pago de la matrícula para los estudiantes registrados en un curso en línea regular y no por contrato. Biological Science Plus MasteringBiology with eText -Access Card Package, 5/E Scott Freeman, University of Washington Kim Quillin, Salisbury University Lizabeth Allison, College of William and Mary ISBN-10: 032174361X • ISBN-13: 9780321743619 ©2014 • Benjamin Cummings • Cloth Bound with Access Card, 1416 pp Published 01/09/2013 Referencias Electrónicas: Visitar segmento de los vínculos Recursos suplementarios Vínculos: español Ciclo Celular o Video ciclo celular 1 español o Video ciclo celular 2 español o Guía sobre el Ciclo Celular y Mitosis o Guía sobre Meiosis o Ciclo celular - Hipertextos del Área de la Biología o El ciclo celular - YouTube o Guía sobre el Ciclo Celular & Mitosis - El Proyecto Biológico o Guía 2 sobre el Ciclo Celular & Mitosis - El Proyecto Biológico o Ciclo celular - genomasur o Fases del Ciclo Celular Univirtual - Universidad Nacional ... Citocinesis en las plantas o Citocinesis - E-

o

ducativa catedu o Biología General: Citocinesis en células animales y vegetales o El citoesqueleto en plantas durante la mitosis y la citocinesis Mitosis o Mitosis o Interactive Mitosis - Cells Alive! La Mitosis o Significado biológico de la ... - El ciclo celular - Las fases de la Mitosis Evaluación:

o

Rubrica aprendizaje activo por ejercicio o Rubrica de discusión de temas [si está asignado]

o

Autoevaluación créditos a: El Proyecto Biológico ,The University of Arizona Prueba de aprovechamiento Créditos: • Experiencia educativa diseñada, traducido y adaptado del documento original por el Dr. Juan Mackenzie Catedrático Asociado de Biología UIPR, Fajardo

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