Actividad para el estudiante

Actividad para el estudiante
Material genético y reproducción celular
¿Cómo se multiplican las células?
Nivel: 2º medio
Subsector: Biología
Unidad temática: Material Genético y Reproducción celular
Actividad: ¿Cómo se multiplican las células?
La célula es la unidad fundamental de vida. A través de la célula se realizan
todas las funciones de los organismos vivos, entre ellas la reproducción en que
se da lugar a otro organismo vivo de similares características que el
progenitor.
-
¿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?
Sabemos que las células contienen el material genético necesario para dividirse
y formar una célula igual a la anterior.
Si todas las células se reproducen:
- ¿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?
- ¿Cómo sabemos que las células están vivas?
- ¿Qué es una célula?
Tu cuerpo está compuesto por más de mil millones de células que van
muriendo continuamente y nuevas células se van formando construyendo
nuestro cuerpo.
El material hereditario de cada célula se encuentra en el núcleo de cada una de
ellas (células somáticas) excepto aquellas células que son reproductoras o
gametos.
Material genético
El material genético está organizado en 46 estructuras llamadas
cromosomas. Un cromosoma es una doble cadena de ADN en forma de
hélice. En promedio, cada cromosoma contiene entre uno y dos mil genes. Y
un gen contiene la información para sintetizar una proteína a través del ARN
mensajero.
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Material genético y reproducción celular
Mitosis y conceptos importantes
Nivel: 2º medio
Subsector: Biología
Unidad temática: Material Genético y Reproducción celular
Actividad: Mitosis y conceptos importantes
Sugerimos realizar esta actividad luego de la actividad “¿Cómo se multiplican
las células?”.
En esa actividad construiste cada etapa del ciclo celular. Estas etapas implican
una serie de conceptos y nuevos términos que es necesario que conozcas y
además manejes.
A continuación, encontrarás una serie de definiciones a los nuevos conceptos.
Para asegurar tu aprendizaje, construye un mapa conceptual con alguno de los
conceptos que se encuentran a continuación.
Es posible que tengas dudas o necesites complementar la información. De ser
así, busca bibliografía adecuada o pregunta a tu profesor o profesora.
Guía de conceptos
1. Lee comprensivamente los siguientes conceptos. No te quedes con
ninguna duda, si es necesario, complementa esta información.
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
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).
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Material genético y reproducción celular
Mitosis y conceptos importantes
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.
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.
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Mitosis y conceptos importantes
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).
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.
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Mitosis y conceptos importantes
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.
2. Construye un mapa conceptual con al menos 15 de estos conceptos. Trata
de que este mapa te sirva a ti también a modo de resumen de este
contenido, así podrás utilizarlo para preparar alguna evaluación.
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¿Cómo se multiplican las células?
Cada vez que una célula se divide, cada cromosoma debe ser replicado
(copiado o duplicado) y luego distribuido, así se asegura que cada célula hija
reciba la información completa y exacta.
La división nuclear incluye los procesos sucesivos de replicación (duplicación),
separación y distribución de los cromosomas. La Figura 1, ilustra el proceso:
Figura 1: Replicación y división de cromosomas
Adapted from Postlethwait, J. H. & Hopson, J. L. (1995). The Nature of Life,
Third Edition. San Francisco: McGraw-Hill, Inc. Figure 7.8, page 173.
La síntesis de ADN ocurre en el núcleo y produce una copia exacta de cada
cromosoma. Durante la replicación, la doble hélice se abre y una nueva hebra
complementaria es sintetizada a partir de las hebras originales (proceso
ilustrado en la Figura 2).
Finalmente se obtienen dos hélices idénticas de ADN, cada una contiene una
hebra original y una hebra nueva sintetizada.
Figura 2: Replicación de ADN
ADN
Original
ADN
hijo
Cada célula atraviesa un ciclo vital, semejante al ciclo de la vida humana. Así
también, el ciclo de vida de una célula tiene las siguientes etapas:
-
Interfase, que a su vez se divide en:
- G1 (crecimiento 1)
- S (síntesis)
- G2 (crecimiento 2)
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¿Cómo se multiplican las células?
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Mitosis:
- P (profase)
- M (metafase)
- A (anafase)
- T (telofase)
La síntesis de ADN ocurre durante la fase de Síntesis de la interfase. Observa
la Figura 3 que ilustra el ciclo celular.
Figura 3: Ciclo celular
Una vez que la célula se encuentra en la etapa de mitosis: ¿cuántas veces se
dividirá una misma célula?
Con las actividades que te proponemos podrás encontrar la respuesta a ésta y
a otras preguntas de la división celular. Además podrás comprender a
cabalidad el proceso de la mitosis.
ACTIVIDAD: Explorando el proceso de la división celular mitótica
En esta actividad estudiarás la mitosis en un organismo con seis cromosomas
que se representarán a través de cuchillos, tenedores y cucharas.
Los materiales que debes utilizar en cada paso son:
-
Papel para representar las células.
Hilo de coser para representar las membranas.
Cordel o pitilla para representar las fibras del huso mitótico.
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¿Cómo se multiplican las células?
-
Cuchillos, tenedores y cucharas de diferentes materiales o colores. Estos
serán representarán cromosomas.
Elásticos.
Con estos materiales y siguiendo un procedimiento, podrás representar cada
etapa del ciclo de vida de una célula eucarionte.
En cada etapa que se detalla a continuación existe un procedimiento detallado
que debes seguir, acompañado con una serie de preguntas que puedes utilizar
a modo de autoevaluación.
Te recomendamos que expliques tus respuestas con tus propias palabras sin
recitar, de ese modo, puedes asegurar que aprendiste en qué consiste la
mitosis celular.
Procedimientos:
A continuación hay 6 procedimientos que debes desarrollar, cada uno indica
una etapa diferente del ciclo celular. Al final de este proces, habrás construido
por ti mismo, un modelo de la mitosis.
I. Procedimiento: Construye tu célula
En esta etapa haz una célula con la que construirás el modelo de mitosis
celular.
1. Toma un papel grande y dibuja tu célula. Utiliza un hilo del color para
mostrar la membrana nuclear y otro hilo de diferente color para mostrar
la membrana celular.
Al interior de la célula, se encuentra en el núcleo, y al interior de él el material
genético, que será representado por cuchillos, tenedores y cucharas.
2. Representa los cromosomas por dos tenedores (uno rojo y uno blanco),
dos cuchillos (uno rojo y uno blanco), y dos cucharas (una roja y una
blanca). Lo importante es que cada par de tenedores, cuchillos o
cucharas sean diferentes entre si. Puedes utilizar dos tenedores de
diferente material, o de diferente color.
Este procedimiento simula una célula diploide con tres pares de cromosomas
(o seis cromosomas) en el núcleo.
Obtendrás una imagen de una célula con dos membranas (membrana celular y
nuclear), y dentro de la membrana nuclear deben estar los 6 elementos que
usaste para representar los cromosomas.
Observa tu diagrama y luego contesta las siguientes preguntas. Puede que
necesites bibliografía de apoyo para contestar alguna de ellas.
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¿Cómo se multiplican las células?
1) ¿Qué es una célula diploide?
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2) La mayoría de las células humanas ¿son diploides o haploides?
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3) Según tu diagrama celular: ¿Cuántos pares de cromosomas homólogos
hay?
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4) Luego de estas preguntas, dibuja en tu diagrama un círculo que encierre
cada par homólogo de cromosomas. Luego puedes continuar con el resto de
las preguntas.
5) Estos cromosomas homólogos ¿están apareados uno junto al otro en la
célula, o son independiente uno del otro?
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6) 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
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¿Cómo se multiplican las células?
7) Intenta hacer tú mismo una definición de cromosoma homólogo. Luego de
hacer esta definición, busca una definición en bibliografía y compáralas.
Complétala si es necesario.
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8) ¿Qué es un gen?
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9) ¿Qué es un alelo?
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II. Procedimiento: Tu célula en la etapa de Interfase y replicación de
cromosomas
En la etapa de interfase los cromosomas en el núcleo de la célula están
extendidos y, por tanto, no están formando una doble hélice. En esta
configuración no son visibles al microscopio. En esta etapa el material genético
recibe el nombre de ADN.
En nuestro esquema celular no podremos simular esta situación debido a que
no podemos desenrollar los elementos que representan los cromosomas. Por lo
tanto, pensemos e imaginemos que cada uno de estos elementos está
extendido, lo que equivale en nuestra célula, a que nuestros cubiertos
estuviesen trozados y dispersos en el núcleo.
En tu célula:
1. Replica (duplica) cada uno de los cromosomas en el núcleo. Realiza esto
ubicando seis cromosomas más (o los elementos que utilizaste), que se
emparejan con el conjunto que se tiene.
En la replicación de cromosomas, cada uno de ellos da origen a uno de iguales
características que se encuentran unidos por medio del centrómero.
2. Conecta con un elástico los elementos similares. Por ejemplo: une un
tenedor rojo al otro tenedor rojo, un tenedor blanco al otro tenedor
blanco, etc. Este elástico representará el centrómero.
El núcleo tenía inicialmente, seis cromosomas (tres pares) no duplicados, y
ahora contiene seis cromosomas duplicados (6 pares). Por lo tanto, en esta
etapa, cada cromosoma ha hecho esencialmente una copia idéntica de sí
mismo.
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¿Cómo se multiplican las células?
Figura 4: Interfase
Las dos copias idénticas de cada cromosoma conectadas por el centrómero se
llaman cromátidas hermanas, como lo indica la Figura 5.
Figure 5: Cromosoma duplicado
Centrómero
Luego de que tengas hecho tu diagrama con los 6 cromosomas duplicados,
contesta las siguientes preguntas:
1) ¿Qué es una cromátida? ¿De qué está hecho? ¿Será una proteína, un
carbohidrato, un lípido y/o ADN)?
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2) ¿En qué se diferencia una cromátida hermana de un cromosoma?
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¿Cómo se multiplican las células?
3) ¿Qué es el centrómero?
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Recuerda 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.
III. Procedimiento: La célula en la Profase de la mitosis
En la profase (primera etapa de la mitosis) los cromosomas replicados, que
estaban unidos por el centrómero, se condensan y son visibles, como lo indica
la Figura 6.
Figura 6: Profase
Citoplasma
Núcleo celular
Centrómero
Los cromosomas al interior de tu célula están unidos por el elástico que
representa el centrómero.
Con respecto a esta etapa:
1) Fíjate en las cromátidas hermanas conectadas por un centrómero ¿son
idénticas o contienen alelos diferentes? Explica.
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Como has notado en la Figura 6, estas estructuras son llamadas cromosomas
duplicados. Los cromosomas duplicados son bastante diferentes de los
cromosomas no duplicados vistos anteriormente.
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¿Cómo se multiplican las células?
2) Compara los cromosomas replicados con unos no duplicados. Completa la
frase.
a) La cantidad de ADN en un cromosoma replicado es (inserte el número)
________________ 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) ________________ veces el número de copias de
un cromosoma no replicado.
c) Cada cromosoma replicado contiene (inserte el número)
________________ copias completas de información genética.
d) Las copias de la información genética en cada cromosoma son
________________ (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.
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4) ¿Cuántas cromátidas hermanas hay en el núcleo durante la profase?
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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?
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Al final de esta etapa, la membrana nuclear "desaparece", lo que permite el
desarrollo del resto de los acontecimientos de la mitosis.
1. En tu célula, quita la membrana nuclear de alrededor de los cromosomas
en el núcleo de tu célula.
Aparecen fibras (huso mitótico o acromático) que proceden de dos estructuras
llamadas centríolos que han emigrado a polos opuestos de la célula. Las fibras
están formadas por microtúbulos de proteína.
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2. Luego, pon fibras en tu célula utilizando pedazos de cordel y dibuja los
centríolos en los puntos apropiados del papel.
Las fibras conectan a los cromosomas duplicados en sus centrómeros. Las
fibras deben pasar por el elástico que representa el centrómero.
IV. Procedimiento: La célula en la Metafase de la mitosis
En la metafase, las fibras ordenan los cromosomas en el plano de la metafase,
en el centro de la célula, tal como lo indica la Figura 7.
Los cromosomas homólogos son independientes uno del otro, es decir los
cromosomas homólogos replicados, como los dos conjuntos de cucharas
replicados, NO ESTÁN APAREADOS.
Figura 7: Metafase
Huso
mitótico
1. En tu célula, arregla los cromosomas en el centro de la célula. El orden
específico de los cromosomas y su orientación (boca arriba, al revés) es
completamente aleatorio.
Con respecto a esta etapa, contesta:
1) ¿Cuántos cromosomas replicados están en el plano de la metafase en la
Figura 7?
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2) ¿Cuántos cromosomas replicados estarían en el plano de la metafase en
una célula humana que experimenta la mitosis?
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V. Procedimiento: Anafase de la Mitosis
Durante la etapa de anafase, las cromátidas hermanas se separan para formar
a los cromosomas hijos. Observa la Figura 8.
1. En tu célula, separa las cromátidas hermanas (servicios) para formar los
cromosomas hijos.
Figura 8: Anafase
Los cromosomas hijos son movidos hacia polos opuestos por el huso. Las
cromátidas son flexibles y son arrastradas a través del citoplasma mediante las
fibras del huso unidas a cada centrómero.
Con respecto a esta etapa, contesta las siguientes preguntas:
1) ¿Los cromosomas hijos están duplicados o no duplicados?
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2) Los dos conjuntos de cromosomas hijos, uno moviéndose hacia la izquierda
y el otro hacia la derecha, ¿son idénticos o distintos?
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3) ¿Los dos conjuntos de cromosomas hijos son idénticos a los de la célula
progenitora? ¿Qué se ha logrado en este proceso?
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VI. Procedimiento: La célula en la Telofase de la Mitosis
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¿Cómo se multiplican las células?
Durante esta etapa los cromosomas hijos alcanzan los polos de la célula y
comienzan a descondensarse. Las fibras del huso desaparecen.
1. En tu célula quita las fibras de tu célula e imagina que tus cromosomas
entran al estado descondensado (plástico derretido).
Se forman dos nuevas membranas nucleares, una alrededor de cada conjunto
de cromosomas hijos.
2. Luego, utiliza hilo de coser para crear dos nuevas membranas nucleares
en tu célula (Figura 9).
Figura 9: Telofase
Cromosoma
descondensado
Al final de la telofase ocurre la citocinesis, en ella la membrana celular de una
célula animal, comienza a hundirse en el centro (Figura 9), dividiéndose por la
mitad originando dos células hijas (Figura 10).
1. Divide tu célula por la mitad, reemplazando el hilo largo que
representaba la membrana de la célula progenitora con dos pedazos
más cortos de hilo que representarán a las membranas de las dos
células hijas.
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¿Cómo se multiplican las células?
Figura 10: Citocinesis completa
Estas células hijas ahora entran la etapa temprana de interfase. Imagina que
tus cromosomas están desenrollados. Las células crecerán hasta el tamaño
normal, continuarán dividiéndose, replicarán sus cromosomas y repetirán el
ciclo otra vez.
Con respecto a última etapa:
1) ¿Existe todavía la célula progenitora?
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2) ¿Cómo están relacionadas las células hijas?
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3) ¿Cómo están relacionadas estas células hijas con la célula progenitora?
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4) En términos generales, ¿qué se logró a través de la mitosis?
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¿Cómo se multiplican las células?
5) Has utilizado tus materiales para modelar la mitosis (la división nuclear) y
la división celular (citocinesis). Explica de alguna manera por qué un
modelo difiere de la realidad y de los procesos que representa.
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