Plan de clase | El rompecabezas del ADN
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Plan de clase # 027 El rompecabezas del ADN
Objetivo
Identificar y analizar la composición del ADN, partiendo del modelo molecular de Watson y Crick.
Destrezas
Analizar moléculas y compuestos de los seres vivos (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) explicando su composición química y su función a nivel celular y orgánico.
Logros e indicadores de logro
Comprende el proceso de la replicación del ADN.
Identifica elementos involucrados en la replicación celular y su función, con ayuda de esquemas explicativos.
Enumera los elementos y condiciones que se requieren para el proceso de replicación del ADN.
Elabora esquemas y modelos que expliquen el proceso de la replicación del ADN, incluyendo la complementariedad de bases nitrogenadas y la replicación
semiconservativa.
Analiza datos de experiencias o de problemas para definir conceptos de la replicación del ADN.
Construye modelos de moléculas respetando su geometría y analizando la importancia de ésta en la formación de enlaces.
Identifica sobre modelos virtuales de ADN y construidos por sí mismo, las moléculas constitutivas de una cadena de nucleótidos y la complementariedad de bases entre las dos cadenas.
Resumen
Con base en una investigación previa de los estudiantes acerca de las teorías y modelo planteado por los científicos Watson y Crick, la clase elaborará cadenas de ADN siguiendo el modelo molecular desarrollado por estos científicos y responderá cuestiones acerca de los planteamientos genéticos que se han hecho a partir de estos estudios.
Materiales
libretas de papel con varios colores (azul, rojo, verde y amarillo) / cartulina grande / tijeras / pega / investigación acerca el trabajo académico de Watson y Crick /
Desarrollo
1. Divida a los estudiantes en cuatro grupos, asigne un color diferente a cada uno (azul, rojo, amarillo y verde); cada grupo recibirá papel silueta de los mismos cuatro colores asignados a los grupos, para que elaboren cuadrados de cada color. 2. Provea a cada grupo varias secuencias a construir, teniendo en cuenta que algunas
sean más largas o complejas que otras. Ejemplo:
R-V-A-R-A-V-A-R-A-V-A-V-A-R-A-A
3. Sobre la cartulina, cada grupo armará sus secuencias, aclarando el nombre asignado a cada color (timina, citosina, guanina, adenina). Deliberadamente entregue algunas cadenas con errores, es decir, donde elementos que no pueden conectarse, estén unidos, de manera que usted pueda evaluar si los estudiantes notan y comprenden todos los conceptos.
4. Ahora los estudiantes recurrirán a sus apuntes de investigación acerca del trabajo de los científicos Watson y Crick, partiendo de esta información pídales que completen las cadenas que formaron previamente con la información necesaria para que correspondan al modelo molecular de estos científicos (ácido fosfórico, pentosa y
Establezca en forma general que, según el modelo semiconservativo, la doble hélice se separa y cada una de las cadenas sirve de molde para la síntesis de dos nuevas cadenas complementarias. Se obtienen dos moléculas de ADN con la misma información (secuencia de nucleótidos) de la molécula original (molde), pero con una hebra de ADN viejo y otra de ADN recién sintetizado (modelo semiconservativo).
El proceso de replicación semiconservativa del ADN se puede resumir en los siguientes pasos (los(as) alumnos(as) pueden ejecutarlos con sus modelos a la vez que usted presenta los diagramas explicativos y los discute):
a. Las dos cadenas se separan en ciertos puntos de origen de la replicación, por acción de las helicasas, unas enzimas que rompen los puentes de hidrógeno entre las dos cadenas. En el ADN de los eucariotes se forman simultáneamente varios orígenes de replicación.
b. Sobre la cadena abierta se sintetiza una pequeña molécula de ARN en cada sitio donde se va a iniciar la replicación, conocida como cebador o "primer". Es de 10 nucleótidos de larga y se forma por acción de la enzima ARN primasa. Vale la pena recordar que el ARN es otro ácido nucleico muy relacionado con el ADN. Se
diferencia en el azúcar o pentosa que es una ribosa en lugar de desoxirribosa; también en que en lugar de la timina tiene otra base nitrogenada, llamada uracilo.
c. Una vez sintetizados los cebadores, la enzima ADN polimerasa realiza la síntesis de las cadenas hijas de ADN, añadiendo uno a uno los nucleótidos complementarios a lo largo de las cadenas molde, siempre en dirección 5' a 3'. Ésto quiere decir que los nucleótidos entrantes se añaden por el extremo 5' al extremo 3' de la cadena en formación. La síntesis de las dos cadenas hijas son eventos no simultáneos, pues mientras la cadena 5' a 3' se sintetiza primero en forma continua, como una sola unidad (cadena continua o adelantada), la cadena 3' a 5' se sintetiza de manera discontinua como una serie de fragmentos, cada uno sintetizado en dirección 5' a 3' a partir de su propio cebador o "primer", lo que hace la síntesis más demorada (cadena discontinua o rezagada). Los fragmentos de la cadena discontinua se
conocen como fragmentos de Okasaki por ser este científico japonés el que descifró el problema.
d. Cuando la ADN polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras enzimas polimerasas que remueven los fragmentos de ARN y colocan nucleótidos
de ADN en su lugar. Después, una ADN ligasa conecta los sucesivos fragmentos sintetizados
e. Durante la síntesis se pueden cometer errores al añadir nucleótidos no
complementarios a los de la cadena molde. Cuando esto ocurre, la ADN polimerasa para la síntesis, retrocede y elimina el nucleótido incorrecto cambiándolo por el correcto. Al superar el problema, sigue con la síntesis de la nueva cadena. Esta capacidad de corrección de errores es esencial para conservar el mensaje genético. Sin embargo, este control no siempre es eficiente y algún nucleótido puede quedar mal apareado lo que determina un cambio en el mensaje genético. Estos cambios o alteraciones se conocen como mutaciones. En aquellos individuos cuya maquinaria de reparación es defectuosa surgen mutaciones que se acumulan a lo largo de la vida y que con frecuencia evolucionan hacia un cáncer. Es el caso de las personas que se exponen frecuentemente al sol. La luz ultravioleta forma pares o dímeros de timinas que por su producción frecuente no siempre son reparados y evolucionan hacia un cáncer de piel, especialmente en las personas con antecedentes familiares de cáncer.
5. Completados los modelos haga las siguientes preguntas para que los grupos respondan por escrito a manera de conclusiones.
o ¿Cómo se organizan los cuatro tipos de nucleótidos para almacenar información genética?
o ¿Cómo se forma el nuevo material genético que pasa de generación en generación?
o ¿Cuál creen que fue el problema o los problemas que tuvieron Watson y Crick, en principio, para descifrar su modelo de ADN?
o Tenga en cuenta que estos científicos debían resolver los siguientes
problemas: cómo portar gran cantidad de información genética y trasmitirla de generación en generación; contener información para repetirse a sí mismo y ser químicamente estable; ser capaz de tener cambios o mutaciones, para continuar el proceso evolutivo normal en las especies. Evaluación
1. Explica brevemente en qué consiste el aporte hecho por Watson y Crick al concepto de ADN y en qué consiste la capacidad del ADN de duplicarse y con qué fin lo hace. 2. Da explicaciones a las siguientes afirmaciones:
o El modelo de la doble hélice de Watson y Crick se considera un hito en la historia de la biología.
3. Si una molécula de ADN tuviera mil pares de bases de longitud, de los cuales el 20% corresponden a los nucleótidos de citosina, ¿cuántos nucleótidos de adenina estarán presentes?
4. La siguiente secuencia de 45 nucleótidos hace parte de una cadena molde de ADN (se aprecian sólo los símbolos de sus bases nitrogenadas). Analízalas y contesta:
o ...ATTGCGAGCGCATACATACCTTACAAGGGCCTAACCTGGAATCCG? o ¿Qué bases nitrogenadas se representan con las letras A,T,G y C?
o Teniendo en cuenta la complementariedad entre bases, escribe la secuencia completa de los 45 nucleótidos después de su replicación.
o ¿Qué relación tiene la secuencia de bases con la especificidad del mensaje genético que porta?
o ¿Con qué fin las cadenas de ADN se abren y replican copias exactas del mensaje que llevan?
de copia en el nucleótido 10 señalado con rojo? Profundización
Proponga una investigación sobre enfermedades genéticamente transmitidas y los adelantos de la ciencia en la actualidad para diagnosticarlas y combatirlas.
Palabras claves
ADN. Ácido Dexosirribonucleico. Biopolímero cuyas unidades son desoxirribonucleótidos y
que constituye el material genético de las células y contiene en su secuencia la información para la síntesis de proteínas.
Molécula. Unidad mínima de una sustancia que conserva sus propiedades químicas. Puede
estar formada por átomos iguales o diferentes.
Genética. Perteneciente o relativo a la génesis u origen de las cosas. Parte de la biología que
trata de la herencia y de lo relacionado con ella.
Hereditario. Dicho de una inclinación, de una costumbre, de una virtud, de un vicio o de una
