Guía para el docente

Guía para el docente
Material genético y reproducción celular
Mitosis
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Descripción curricular:
- Nivel: 2º Medio
- Subsector: Biología
- Unidad temática: Material Genético y Reproducción celular.
- Palabras claves: ciclo celular, mitosis, cromosoma, cromátida, ADN, gen,
G1, S, G2, profase, metafase, anafase, telofase, interfase.
- Contenidos curriculares: Material Genético y Reproducción celular
- Cromosomas como estructuras portadoras de los genes: su
comportamiento en la mitosis y meiosis.
- Importancia de la mitosis y su regulación en procesos de
crecimiento, desarrollo y cáncer, y de la meiosis en la
gametogénesis y la variabilidad del material genético.
-
Contenidos relacionados:
- 1º Medio:
ƒ Estructuras y funciones comunes a células animales y
vegetales: la membrana plasmática, el citoplasma, las
mitocondrias y el núcleo; y las distintivas de los vegetales:
cloroplastos y pared celular.
ƒ Nutrientes esenciales. Alimentos como fuente de energía para
las actividades del organismo y materia prima para procesos
de crecimiento y reparación de tejidos.
ƒ Vitaminas y sales minerales.
-
2º medio:
ƒ Formación de gametos, efecto de las hormonas sexuales, ciclo
menstrual y fertilización.
ƒ Cambios físicos, psicológicos y hormonales durante la
adolescencia.
ƒ Desarrollo embrionario y fetal humano, incluyendo el papel de
la placenta, los cambios hormonales del embarazo, parto y
lactancia, y la influencia de factores ambientales.
ƒ Estímulos ambientales (radiación ultravioleta y tabaquismo)
que pueden dañar el material genético (mutaciones) y alterar
la regulación de la reproducción celular.
ƒ Enfermedades hereditarias e implicaciones sociales de algunas
de ellas (por ejemplo, Síndrome de Down). Práctica de
ordenación de cromosomas (cariotipo).
ƒ Generación de clones por reproducción asexual. Restricciones
éticas a una clonación humana.
ƒ Concepto de gen como unidad funcional de la herencia.
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Mitosis
-
-
4º medio:
ƒ Experimentos que identificaron al ADN como material genético.
El modelo de la doble hebra del ADN de Watson y Crick y su
relevancia en la replicación y transcripción del material
genético.
ƒ Traducción del mensaje de los genes mediante el flujo de la
información genética del gen a la síntesis de proteínas.
Aprendizajes esperados:
Los alumnos y alumnas saben y entienden:
- Que los cromosomas son portadores de los genes y que
éstos son las unidades donde se encuentra codificada la
información genética.
- El comportamiento de los cromosomas en la mitosis y la
meiosis.
- Que todo fenotipo es la consecuencia del genotipo y el ambiente
(ecuación fundamental de la genética).
- El significado de la mitosis en la reproducción de
organismos iguales (asexualidad), su regulación y función en el
crecimiento, en la renovación de los tejidos y en el cáncer.
- El significado de la meiosis en la formación de gametos,
reproducción sexual, y como fuente de variabilidad genética y
mantención de la diploidía en la transmisión del material genético.
Aprendizajes esperados para esta actividad:
- Esquematizar y describir el comportamiento de los cromosomas durante el
ciclo celular mitótico y discutir sobre la necesidad de duplicar el material
genético en cada división.
- Informarse y discutir sobre la importancia de la regulación de la mitosis
en procesos de crecimiento, desarrollo y cáncer.
- Distinguir la función de la mitosis en distintos procesos de los seres vivos
en distintos organismos unicelulares y multicelulares, incluyendo procesos
de desarrollo y reparación de tejidos, en etapas fetales y embrionarias, en
niños y adultos.
- Identificar los principales acontecimientos que caracterizan cada etapa del
ciclo celular.
Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl:
- Ficha 14: Mitosis
- Juego: Ahorcado
- Diapositivas digitales (ppt): “Material genético y reproducción celular”.
- Diapositivas digitales (ppt): “La célula”.
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Actividades propuestas para este tema
A continuación proponemos dos actividades vinculadas al tema de
reproducción celular.
- Actividad “¿Cómo se multiplican las células?”: los estudiantes
construirán un modelo de mitosis, siguiendo cada etapa de este
proceso celular.
- Actividad “Mitosis y conceptos importantes”: los estudiantes deben
construir un mapa conceptual a partir de conceptos relacionados al
proceso de mitosis.
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ACTIVIDAD 1: ¿Cómo se multiplican las células?
Duración: dos horas pedagógicas
1. Mapa conceptual
CICLO CELULAR
se divide en
INTERFASE
MITOSIS
Etapas
Etapas
PROFASE
G1
S
METAFASE
ANAFASE
TELOFASE
G2
Se observan los
se duplica
el
CROMOSOMAS
ADN
y sus
contiene
CROMÁTIDAS
GENES
2. Desarrollo de la actividad: ¿Cómo se multiplican las células?
Paso 1
Como actividad de motivación e introducción el profesor o profesora puede
preguntar a los alumnos(as) lo siguiente:
-
¿Cómo es que una sola célula fecundada se transforma en un individuo
de millones de células?
¿Para qué tenemos tantas células? ¿Todas son iguales? ¿Realizarán la
misma función?
¿Contienen todas las células la misma información genética?
¿Qué es el material genético?
¿Cómo y qué es lo que hace que la información sea transmitida a la
célula siguiente?
¿Cuántas células origina una célula progenitora? ¿Cuánto tiempo
demora?
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Mitosis
- ¿Cómo sabemos que las células están vivas?
- ¿Qué es una célula?
Es importante que los estudiantes reflexionen y se hagan preguntas acerca del
funcionamiento celular. Puede recordarles que el cuerpo humano está
compuesto de millones de células.
Motívelos a que ellos se hagan preguntas al respecto.
Paso 2
Después de esta introducción, entrégueles la guía para el estudiante que se
encuentra disponible en el portal educarchile.
En ella se entrega la información necesaria que deben manejar para realizar
esta actividad. Puede que los contenidos iniciales a la actividad hayan sido
revisado anteriormente, puede utilizar esta información a modo de repaso.
Pídales a sus estudiantes que lean, en voz alta, esta información, de modo que
usted pueda complementarla o aclarar dudas si es que es necesario.
Paso 3
Comiencen la actividad.
Los estudiantes deben contar con los siguientes materiales:
-
Papel para representar las células.
Hilo de coser para representar las membranas.
Cordel o pitilla para representar las fibras del huso mitótico.
Cuchillos, tenedores y cucharas de diferentes materiales o colores. Estos
serán representarán cromosomas.
Elásticos.
Si no cuentan con cuchillos, tenedores y cucharas, pueden utilizar otros
elementos tales como bombillas de diferente color o lápices de distinto color o
material.
La actividad cuenta con un procedimiento de 6 etapas. En cada una de ellas se
revisa los procesos que ocurren durante la mitosis y, además, hay preguntas
para ayudar a la reflexión del estudiante.
Actividad: Explorando el proceso de la división celular mitótica.
I. Procedimiento: Construye tu célula
Los estudiantes deben construir la célula con la que trabajaran el resto de la
clase. Luego de esto deben responder las siguientes preguntas, cuyas
respuestas se encuentran a continuación:
1) ¿Qué es una célula diploide?
Que la célula tiene cromosomas en pares homólogos.
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2) La mayoría de las células humanas ¿son diploides o haploides?
La mayoría de las células humanas son diploides. Las únicas células haploides
son los óvulos y espermatozoides, los que contienen la mitad del número total
de cromosomas.
3) Según tu diagrama celular: ¿Cuántos pares de cromosomas homólogos
hay?
En el diagrama celular hay tres pares.
4) Estos cromosomas homólogos, ¿están apareados uno junto al otro en la
célula o son independiente uno del otro?
Los cromosomas homólogos independientes uno del otro.
5) De acuerdo a las siguientes alternativas (a, b, c, d), ¿cuál es la mejor
descripción de cromosomas homólogos? (Escoge la mejor respuesta)
a) Son del mismo tamaño y forma.
b) Contienen los mismos tipos de genes y en el mismo orden.
c) Generalmente contienen versiones diferentes (alelos) de muchos genes.
d) Todas son correctas
6) Intenta hacer tu mismo una definición de cromosoma homólogo. Luego de
hacer esta definición, busca una definición en bibliografía y compáralas.
Complétala si es necesario.
Es importante que los estudiantes construyan por si mismo esta definición, de
ese modo usted puede detectar errores y aclararlos. Una definición apropiada
para cromosoma homólogo es:
Un cromosoma homólogo es un cromosoma semejante a otro en cuanto al
tipo de información genética.
7) ¿Qué es un gen?
Un gen contiene información codificada para una característica determinada;
por ejemplo, color de ojos, forma del pelo, color de pelo.
8) ¿Qué es un alelo?
Un alelo es la variación que pude tener un gen para la característica; por
ejemplo, hay alelos para color de ojos azules o cafés, formas de pelo liso o
crespo, color de pelo negro o rubio.
II. Procedimiento: Tu célula en la etapa de Interfase y replicación de
cromosomas
En esta etapa los alumnos deben replicar cada uno de los cromosomas del
núcleo agregando los respectivos utensilios y luego conectar cada par
mediante un elástico que hará las veces de centrómero.
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1) ¿Qué es una cromátida? ¿De qué está hecho? ¿Será una proteína, un
carbohidrato, un lípido y/o ADN)?
ADN y proteína.
2) ¿En qué se diferencia una cromátida hermana de un cromosoma?
Cromátida hermana es la estructura que se encuentra unida por el centrómero
a otra cromátida. Cuando se separan se convierten en cromosomas.
3) ¿Qué es el centrómero?
El es centrómero corresponde a la parte que une a dos cromátidas.
Es importante que los estudiantes recuerden que cuando la célula se encuentra
en la etapa de interfase, el material genético está extendido. Cuando la célula
pasa a la etapa de mitosis, el mismo material genético se enrolla formando los
cromosomas.
4) ¿Habrán más diferencias? Compara un cromosoma extendido (desenrollado
o descondensado) con un cromosoma condensado.
El cromosoma descondensado se encuentra como ADN en la interfase. Los
cromosomas condensados corresponden al ADN enrollado alrededor de
proteínas histonas, son visibles durante la mitosis.
III. Procedimiento: La célula en la Profase de la mitosis
1) ¿Las dos cromátidas hermanas conectadas por un centrómero son idénticas
o contienen alelos diferentes? Explica.
Son idénticas genéticamente, tienen los mismos genes alelos porque derivan
de la duplicación del ADN en la interfase, son réplicas exactas.
2) Compara los cromosomas replicados con unos no duplicados (llenando los
espacios).
a) La cantidad de ADN en un cromosoma replicado es (inserte el número)
_2___ veces la cantidad de ADN de un cromosoma sin duplicar.
b) El número de copias de cada gene en un cromosoma replicado es
(inserte el número) _2____ veces el número de copias de un
cromosoma no replicado.
c) Cada cromosoma replicado contiene (inserte el número) __2___ copias
completas de información genética.
d) Las copias de la información genética en cada cromosoma son
_HOMÓLOGAS_ (idénticas, homólogas, o complementarias).
3) ¿Crees que los cromosomas homólogos replicados (los dos pares de
cuchillos, los dos pares de tenedores y los dos pares de cucharas) se
aparearán el uno al otro durante la mitosis? Explica.
Sí, para poder repartirse equitativamente durante la mitosis.
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4) ¿Cuántas cromátidas hermanas hay en el núcleo durante la profase?
Existen 12 cromátidas hermanas.
5) Una célula humana diploide contiene 46 cromosomas no duplicados en la
interfase temprana. ¿Cuántas cromátidas hermanas estarán presentes
durante la profase de la mitosis?
Existen 92 cromátidas hermanas durante la profase.
Luego de contestar estas preguntas, los estudiantes deben quitar la membrana
nuclear y agregar las fibras que simular el huso mitótico.
Estas fibras deben conectarse a los cromosomas duplicados en sus
centrómeros.
IV. Procedimiento: La célula en la Metafase de la mitosis
En esta etapa los estudiantes deben alinear los cromosomas en el centro de la
célula, junto a los husos mitóticos.
1) ¿Cuántos cromosomas replicados están en el plano de la metafase en la
figura 7?
Existen 6 cromosomas replicados.
2) ¿Cuántos cromosomas replicados estarían en el plano de la metafase en
una célula humana que experimenta la mitosis?
Existen 46 cromosomas replicados.
V. Procedimiento: Anafase de la Mitosis
En esta etapa los estudiantes deben separar las cromátidas hermanas para
formar los cromosomas hijos.
1) ¿Los cromosomas hijos están duplicados o no duplicados?
No duplicados
2) Los dos conjuntos de cromosomas hijos, uno moviéndose hacia la izquierda
y el otro hacia la derecha, ¿son idénticos o distintos?
Son idénticos
3) ¿Los dos conjuntos de cromosomas hijos son idénticos a los de la célula
progenitora?
Si
¿Qué se ha logrado en este proceso?
Dividir los cromosomas duplicados, es decir, separar sus cromátidas que a
partir de este momento se llaman cromosomas.
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VI. Procedimiento: La célula en la Telofase de la Mitosis
En esta etapa los estudiantes deben crear nuevas membranas nucleares y
luego dividir la célula en dos mas pequeñas, (Citocinesis).
1) ¿Existe todavía la célula progenitora?
No, dio origen a las células hijas.
2) ¿Cómo están relacionadas las células hijas?
Son genéticamente idénticas. Son clones entre sí.
3) ¿Cómo están relacionadas estas células hijas con la célula progenitora?
Tienen los mismos genes que tenía la célula progenitora.
4) En términos generales, ¿qué se logró a través de la mitosis?
Mantener constante el número de cromosomas de la especie y también la
información genética.
Los estudiantes han construido un modelo de mitosis, recuerdes que los
modelos se utilizan sólo para explicar una determinada situación o proceso que
se aproxima a la realidad pero nunca será igual.
Paso 3
El profesor puede concluir haciendo que los alumnos (as) respondan la
reflexión inicial.
- ¿Cómo hace un ser humano para crecer a partir de una sola célula
fecundada y transformarse en un individuo que contiene millones de
células?
- ¿Se parecen todas las células del cuerpo?
- ¿Realizan todas las células la misma función?
- ¿Contienen todas las células del cuerpo la misma información genética?
- ¿Qué proceso genético hace que la información sea transmitida
fielmente de una célula a la siguiente?
- ¿Cuánto tiempo se demora una célula progenitora en originar dos células
hijas?
- ¿Están las células vivas?
- ¿Qué es una célula?
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Mitosis
ACTIVIDAD 2: Mitosis y conceptos importantes
Duración: dos horas pedagógicas
1. Mapa conceptual.
CICLO CELULAR
se divide en
INTERFASE
MITOSIS
Etapas
Etapas
PROFASE
G1
S
METAFASE
ANAFASE
TELOFASE
G2
Se observan los
se duplica
el
CROMOSOMAS
ADN
y sus
contiene
CROMÁTIDAS
GENES
2. Desarrollo de la actividad: Mitosis y conceptos importantes
Paso 1
Como actividad de integración el profesor puede decirle a los alumnos (as) que
construyan un mapa conceptual a partir de algunos conceptos entregados a
continuación y que están en la guía para los alumnos con la actividad 2.
ADN – estructuras macromoleculares que contienen todo el material genético
de un organismo. Cada uno de los ADN humano está formado por dos hebras
complementarias que se tuercen una con otra, semejando una escalera en
espiral o de caracol.
ARN - macromoléculas que son copiadas a partir de genes del ADN. Hay
diferentes tipos de ARN: ARN mensajero (ARNm) tiene información que en los
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Mitosis
ribosomas sirve para sintetizar una proteína específica; el ARN de transferencia
(ARNt) capta aminoácidos que lleva hacia los ribosomas; y el ARN ribosomal
(ARNr) sirve para formar ribosomas.
Alelo: variante de un gen particular; por ejemplo; hay genes azules y café
para el gen que determina el color de los ojos
Anafase: fase de la mitosis donde las cromátidas hermanas se separan y los
cromosomas hijos migran a los polos opuestos de la célula donde se ubican los
centríolos.
Autosoma: cualquier cromosoma que no esté involucrado en la determinación
del sexo.
Célula somática – cualquier célula en el cuerpo que no sea reproductora
(gametos).
Centríolos: estructuras en el citoplasma desde las cuales se forman las fibras
del huso mitótico.
Centrómero: constricción en un cromosoma no duplicado del cual resultan
dos regiones o brazos. Sirven como un sitio de unión para las cromátidas
hermanas y fibras del huso.
Células hijas – son las dos células resultantes de la división de una célula
progenitora.
Citocinesis: división del citoplasma al finalizar la división nuclear.
Ciclo celular: proceso de progresión de una célula progenitora desde su
origen pasando por el crecimiento y desarrollo, síntesis de ADN y división
celular para producir células hijas.
Citoesqueleto - enrejado de proteínas que dan forma a las células.
Cromátida: es la mitad de un cromosoma duplicado el cual está unido a la
otra mitad (cromátida) por el centrómero.
Cromátidas hermanas - dos copias idénticas de un cromosoma que están
conectadas por el centrómero.
Cromosomas: estructuras presentes en los núcleos de las células eucariontes.
Contienen uno o dos ADN (en su forma no duplicada y duplicada
respectivamente), y están asociados con proteínas especialmente cuando se
condensan.
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Mitosis
Cromosoma desenrollado o descondensado - estado relajado de ADN
durante la interfase del ciclo celular.
Cromosoma homólogo – son los cromosomas que tienen el mismo tamaño,
forma y tipo de genes. El ADN que codifica para el color de pelo en el alelo de
tu madre es homólogo al ADN que codifica para el color de pelo en el alelo
correspondiente a tu padre.
Cromosomas duplicados o replicados - cromosomas que han
experimentado replicación de ADN y contienen dos cromátidas hermanas.
Cromosomas hijos – son producidos por la separación de las cromátidas
hermanas idénticas en la anafase de la mitosis.
Cromosomas no duplicados o no replicados – son los cromosomas que no
han experimentado réplica y contienen sólo un ADN.
Diploide - célula que contiene dos cromosomas de cada tipo, tal como una
célula somática humana.
Etapa S - segunda etapa de la interfase entre G1 y G2; período de replicación
de ADN.
Gametos – son las células reproductoras; espermatozoides y óvulos en
animales.
G1 - primera etapa de la interfase, durante la cual ocurre el crecimiento y el
desarrollo celular; precede a la síntesis de ADN o etapa S.
G2 - tercera etapa de la interfase durante la cual ocurre la formación de
algunos organelos y síntesis de proteína; sucede después de la síntesis de ADN
o etapa S.
Gen – segmento de un cromosoma que tiene información codificada para la
síntesis de una proteína. Para que esto ocurra, debe copiarse el gen a un
ARNm.
Huso mitótico - fibras de proteína que mueven a los cromosomas durante la
división de la célula.
Interfase - etapa del ciclo celular donde la célula no se está dividiendo;
incluye G1, S y G2.
Material hereditario - información que es traspasada de una generación
celular a la siguiente (codificada en el ADN).
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Mitosis
Membrana celular o plasmática: estructura de una célula que separa el
medio externo del citoplasma.
Membrana nuclear – estructura semejante químicamente a la membrana de
la célula. Esta estructura separa el citoplasma del núcleo; contiene grandes
poros para la transferencia de las macromoléculas como el ARN.
Metafase - etapa de la mitosis en la que los cromosomas duplicados se
alinean en el centro de la célula.
Mitosis - proceso de división celular en la que las células hijas son
genéticamente y morfológicamente idénticas a sí mismas y a la célula
progenitora. Es decir, son clones entre ellas.
Núcleo – organelo que contiene a los cromosomas.
Organelos – estructuras membranosas conectadas entre ellas que se
encuentran dentro de la célula.
Profase - etapa de la mitosis en que los cromosomas duplicados se
condensan; la membrana nuclear se disocia; los centríolos emigran a los polos
de la célula.
Proteína - cadena de polipéptido que cumple función estructural o enzimática
u otro rol en la célula.
Replicación (duplicación) de cromosomas: la duplicación cromosomal
ocurre durante la fase S del ciclo celular; las dos hebras del ADN se separan y
cada una sirve como un molde para la síntesis de dos hebras hijas
complementarias.
Síntesis de ADN - la síntesis de ADN ocurre durante la fase S del ciclo celular;
las dos hebras o cadenas de ADN se separan y cada una sirve como un molde
para la síntesis de una hebra hija complementaria.
Telofase - etapa mitótica donde se forma la membrana nuclear y desaparece
el huso mitótico.
Paso 2
Mientras construyen los mapas conceptuales es importante que el profesor
supervise, ya que es importante que los enlaces entre un concepto y otro sean
los adecuados.
Paso 3
Como conclusión de la actividad, escribir en el pizarrón el mapa conceptual de
la actividad 1. También es positivo exponer otros de los alumnos y discriminar
en conjunto cuáles son mejores en cuanto a claridad de contenidos.
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