UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
PLANTEL SUR
SECRETARÍA DE APOYO AL APRENDIZAJE
DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS
TÉCNICOS ACADÉMICOS
MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO
PARA APOYO A LAS ASIGNATURAS DE BIOLOGÍA III Y IV.
T.A. Manuel Becerril González. 2018.
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
ESCUELA NACIONAL COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
PLANTEL SUR
Forma de citar el manual:
Becerril, G.M. (compilador). 2018. Manual de prácticas de laboratorio para apoyo a las asignaturas de Biología III y IV. Colegio de Ciencias y Humanidades, Plantel Sur. Universidad Nacional Autónoma de México. 96 p.p.
Secretaría de Apoyo al Aprendizaje
Departamento de Laboratorios
Imágenes de Portada: Fotografías de aves rapaces: Izquierda dos individuos de Aguililla Cola Roja Buteo jamaicensis
Derecha Halcón Peregrino Falco peregrinus .- Autor: Biól. Manuel Becerril González, 2014. Fotografía de cloroplastos en una hoja de Anacharis=Elodea vista al microscopio compuesto 40x.
Autora-Alumna: Karla Monserrat Mendoza Galván, 2016.
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PRESENTACIÓN
En el año 2016 el H. Consejo Técnico de la Escuela Nacional Colegio de Ciencias y Humanidades aprobó los Programas de Estudio Actualizados, a partir de ese momento se planteó la necesidad de contar con actividades prácticas – experimentales y de campo que coadyuven a profesores y alumnos en el desarrollo de estrategias didácticas. Dichas actividades deben ser un pilar sólido en el proceso de enseñanza - aprendizaje y cubrir los propósitos y aprendizajes necesarios para que los estudiantes logren la adquisición de conocimientos básicos y por tanto de una cultura científica.
En este sentido y debido a la incorporación a la planta docente de nuevo personal académico del Área de Ciencias Experimentales, es ineludible dar a conocer las diversas actividades prácticas de laboratorio y campo que se pueden realizar en los laboratorios del CCH y sus instalaciones, cabe destacar, que derivado del trabajo de diversos profesores se contaba con una cantidad moderada de prácticas de campo y laboratorio para cubrir algunos temas propuestos, y que han demostrado su eficacia. Por otro lado, al ser actividades que fueron parte del trabajo académico colegiado se han respetado en su esencia, sólo se renovaron dichas actividades de acorde con los aprendizajes y propósitos que se plantean en los Programas de Estudio Actualizados.
Por lo anterior se presenta este Manual de Prácticas de Laboratorio, en donde como parte del reconocimiento a los diversos académicos que han desarrollado las actividades se han respetado las autorías de las mismas, adecuando sólo aquellas que cumplen con los aprendizajes propuestos en las diversas temáticas y unidades de Biología III y IV.
Las asignaturas de Biología III y IV forman parte integral de la materia de Biología, misma que se caracteriza por su objeto de estudio y por los métodos y estrategias que emplea para generar nuevos conocimientos. En estos cursos, se busca que los alumnos desarrollen una formación integral en la biología a través de los ejes complementarios y los enfoques propuestos, que les permitan comprender a los sistemas biológicos desde su organización y funcionamiento metabólico y molecular, hasta la compleja diversidad biológica actual como resultado de los procesos evolutivos.1
En este sentido, algunas de las actividades están acompañadas de lecturas introductorias o complementarias para que los alumnos contextualicen el marco teórico e histórico que permita reconocer la importancia de los hechos científicos, y cómo éstos han ayudado a modelar el pensamiento contemporáneo.
1 Programa de Estudio. Área de Ciencias Experimentales. Materia de Biología III y IV. 2015. Colegio de Ciencias y Humanidades. UNAM. 27 p.p.
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COMO USAR ESTE MANUAL
Este manual de actividades está desarrollado para atender las nuevas necesidades de los Programas de Estudio Actualizados para las asignaturas de Biología III y IV. Cabe destacar que las actividades aquí presentadas han sido actualizadas y cubren los propósitos y objetivos para que profesores y alumnos cuenten con material de apoyo que coadyuve al proceso de enseñanza – aprendizaje, y lograr en los alumnos la adquisición de más y mejores conocimientos sobre temas básicos de Biología.
Cada actividad se divide en secciones, en donde se hacen recomendaciones generales para que los alumnos y profesores aprovechen al máximo sus conocimientos, tanto en la parte procedimental como actitudinal, siempre tratando de incorporar además el uso de las nuevas tecnologías como una herramienta que permite tanto a alumnos como a profesores comunicar el conocimiento de manera atractiva y agradable.
Es recomendable que antes de realizar cada actividad el alumno cuente con material escrito para entender la parte del procedimiento una vez que se realiza en el laboratorio o en campo, y a su vez que cuente con los materiales necesarios para realizar la misma. Sin embargo, debe propiciarse la investigación previa de cada tema a desarrollar, parte de la información se incluye a manera de lecturas selectas en algunas actividades, además de una breve recomendación de material bibliográfico y ciberográfico que puede ser de ayuda en la investigación.
Es importante saber que las actividades han sido rediseñadas y actualizadas según el material con el que se cuenta en los laboratorios curriculares, de ciencias o SILADIN, por lo que cualquier adecuación deberá considerarse, siempre y cuando se cuente con los materiales y equipos necesarios para su realización.
Finalmente en cada actividad se plantean propuestas diversas extra-clase que refuerzan la parte teórica y procedimental, no obstante cada docente tiene la total libertad de realizar sus propias propuestas, así como los métodos de evaluación que considere pertinentes. Las propuestas vertidas en este manual deberán ser abordadas por el (la) profesor (a) incentivando el análisis y la discusión de cada tema, y promover posibles respuestas a interrogantes, abordándolas desde el punto de vista de la Ciencia-Tecnología-Sociedad y Ambiente.
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ÍNDICE
A
ctividadP
áginaLa importancia de los metabolitos secundarios en la germinación y crecimiento de semillas de avena……….………..6
¡Salud compadre! Obtención de whisky, producto destilado por fermentación alcohólica………15
Obtención de algunos pigmentos fotosintéticos y su relación evolutiva.………..……….24
Extracción y precipitación de ADN de fresa y
manzana……….36
Picos vemos, comida si sabemos. Observación de caracteres adaptativos en aves y su biodiversidad………...47
Elaboración de preparaciones permanentes de microfósiles: aplicación de cámara y uso de CmapTools………..………63
Árboles filogenéticos y su representación con cladogramas. Picos, colas y patas de aves en tu jardín……….……….………..74
Método de Evaluación de Riesgo con algunos
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Autor: Manuel Becerril González.
LA IMPORTANCIA DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS EN LA
GERMINACIÓN Y CRECIMIENTO DE SEMILLAS DE AVENA.
INTRODUCCIÓN
Los estudios en el área de la fisiología ecológica de plantas se han situado tradicionalmente alrededor de tres temas fundamentales i) la sinecología, ii) la poblacional y iii) la autoecológica (Vázquez Yañes 1992). En esta propuesta de proyecto se propone el aspecto sinecológico a nivel funcional de las plantas que forman parte de la comunidad vegetal, esto permitirá a los alumnos y profesores profundizar en las interacciones que se presentan en la naturaleza (Vázquez Yañes 1992). En este sentido la fitoquímica ha cobrado mucha importancia desde la década de los años 70’s; ya que en la naturaleza existe una gran diversidad de compuestos conocidos como metabolitos secundarios (Rosenthal y Janzen 1979), la mayoría de los cuales no se les ha podido atribuir ninguna participación evidente en los procesos metabólicos de las plantas (Dirzo 1985). Se sabe que algunas de estas substancias son sintetizadas por plantas y que están involucradas en diversas actividades metabólicas, entre algunas de ellas se encuentra la disminución de la competencia con otras plantas por espacio y recursos a través de la generación de una química tóxica (i.e., aleloquímicos o alelopáticos). Dado que esto exhibe una serie nueva de problemas ecológicos asociados a la interacción planta – animal (Dirzo 1985) y planta – planta, en este último se propone un proyecto corto experimental con plantas que se sabe debido a su historia biológica y ecológica, que presentan una serie de compuestos químicos agresivos, además de que son plantas exóticas e introducidas, como es el caso de los Eucaliptus spp. (Myrtaceae L’Hér 1789) llegados a la Ciudad de México en la década de los 40’s, encontrando un escenario propicio para la investigación biológica que exhibe situaciones muy interesantes para la investigación.
Desde otra perspectiva la vida persiste y se desarrolla en medio de numerosas moléculas orgánicas que no tienen función aparente en el metabolismo primario de los organismos que las producen. Son los metabolitos secundarios: fenoles, flavonoides, taninos, cumarinas, terpenoides, esteroides, alcaloides y otros compuestos (Anaya y Espinosa 2006). En virtud de su estructura, los metabolitos secundarios son químicamente reactivos; es decir, son aptos para ingresar en los sistemas vivos, interactuar y cambiar la estructura de un receptor o blanco
molecular, y penetrar en las células donde pueden afectar varios procesos fisiológicos. De allí
7 deriva su actividad biológica o farmacológica, y si se reconoce la asombrosa diversidad de los metabolitos secundarios no sólo en las plantas, sino en los microorganismos – bacterias, ascomicetos, hongos -, se entendería mejor la diversidad de usos que pueden tener, tanto los conocidos como los que están por descubrirse, y sus probables efectos sobre los sistemas biológicos (Anaya y Espinosa 2006).
Actividad práctica actualizada 2017-2018. Técnico Académico: Manuel Becerril González.
PROPÓSITOS Y OBJETIVOS
Esta actividad cubre algunos aspectos de Biología III, Unidad 1. ¿Cómo los procesos metabólicos energéticos contribuyen a la conservación de los sistemas biológicos? Tema 1. Bases moleculares del metabolismo. Metabolismo: anabolismo y catabolismo.
Que el alumno:
Describa la importancia del metabolismo, a través del análisis de diferentes procesos energéticos, para que explique su contribución a la conservación de los sistemas biológicos. Compare el anabolismo y catabolismo como procesos de síntesis y degradación para la
conservación de los sistemas biológicos.
PROBLEMAS O PREGUNTAS A RESOLVER A TRAVÉS DE LA ACTIVIDAD
EXPERIMENTAL.
¿Cuáles son las características generales que pueden distinguir a los sistemas biológicos?
¿Qué es el metabolismo y en qué consiste el anabolismo y el catabolismo? Realiza en un mapa conceptual general del anabolismo y catabolismo. ¿Qué es un metabolito primario y un metabolito secundario?
Menciona dentro del metabolismo celular en donde intervienen algunos metabolitos secundarios y cuál es su función.
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SUGERENCIA DE ACTIVIDAD PREVIA
Realiza una investigación documental sobre el tema de metabolitos secundarios, su clasificación, funciones y ventajas o desventajas de los sistemas biológicos que los sintetizan.
Puedes apoyarte en la literatura (artículos de divulgación) que aparecen en la nube sobre los trabajos de Ana Luisa Anaya Lang, Rodolfo Dirzo Minjarez y Carlos Rafael Vázquez Yanes.
MATERIAL NECESARIO PARA LA ACTIVIDAD
Material Sustancias
Balanza (1) Agua destilada (dos litros) Probeta de 50 ó 100 mL (1) Papel filtro
Soporte universal con anillo metálico (1) Embudo de vidrio de talle corto (1) Vernier
Material Biológico Material por equipo
Semillas de avena (Avena sativa) 100 por equipo. Charola chica de aluminio tipo pavera (2)
Tierra negra para sembrar Botella con atomizador (1)
30 gramos de hojas frescas de eucalipto Tupper de plástico de un litro con tapa
Palillos de madera
Banderitas de papel numeradas Cinta masking-tape
Marcador indeleble Tijeras
ACTIVIDADES
Antes de realizar la actividad considera dos cosas: la primera es que se puede desarrollar un proyecto corto experimental en el anexo de un laboratorio, o bien se puede solicitar temporalmente un espacio en uno de los invernaderos del SILADIN.
En equipo de trabajo colaborativo, desarrolla un diagrama de flujo del procedimiento para el desarrollo del proyecto.
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Con dicha información se puede generar una primera hipótesis sobre qué sucederá con la germinación de las semillas y el crecimiento de las plántulas, respecto a la influencia de los metabolitos secundarios sobre la ecofisiología de las plantas.
PROCEDIMIENTO
1. Pesar 30 gramos de hojas frescas de eucalipto y cortarlas en trozos pequeños, posteriormente colocarlas en un litro de agua destilada. Dejarlas reposar por 24 horas.
2. Selecciona 100 semillas de avena, observa que no tengan algún daño físico, que no estén rotas o que presenten manchas de color café. Deben ser del mismo tamaño y color.
3. En ambas charolas de aluminio coloca una capa de tierra de aproximadamente 3 a 4 cm de profundidad.
4. Coloca en cada una de las charolas 50 semillas, una de ellas será denominada lote control o testigo y la otra será el lote experimental (rotula cada charola).
5. La charola marcada como lote control o testigo será regada diario con 50 mL de agua destilada durante dos semanas, en tanto que, la charola experimental será regada también todos los días con la infusión de hojas de eucalipto (50 mL). 6. Durante las dos semanas se debe llevar una bitácora del trabajo experimental, en
la cual se registrarán diario las observaciones sobre las semillas y el riego.
7. Se considerarán dos aspectos básicos para saber cuál es el efecto de los metabolitos secundarios sobre el desarrollo de las semillas, por un lado, se evaluará la germinación de ambos lotes (número de semillas germinadas por lote por día), así como el crecimiento de las plántulas (medición en milímetros de los tallos de ambos lotes).
8. En ambos casos se evaluará esto por medio de pruebas estadísticas.
9. La investigación previa sobre metabolitos secundarios brindará la pauta para saber e interpretar los datos, y por lo tanto, los efectos de los mismos sobre la germinación de semillas (tasa de germinación) y el crecimiento de plántulas (tasa de crecimiento).
10. Una vez analizados los datos se deben comparar los resultados de los lotes control versus experimental. Existen diversas pruebas estadísticas para verificar los datos, se sugiere que para la tasa de germinación sea una prueba de X2, en tanto que
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para el promedio de crecimiento de plántulas sea la prueba de t de Student (esto dependerá si son datos paramétricos o no paramétricos).
11. Con la información anterior se realiza una discusión sobre los resultados obtenidos, haciendo énfasis en la actividad de los metabolitos secundarios y su influencia en algunas partes del metabolismo celular involucrado en la germinación y el crecimiento de las plantas modelo.
Figura 1. Diagrama de flujo que muestra el procedimiento general para el sembrado y la obtención de datos. X2 t de Student Infusión de metabolitos secundarios Sembrado Selección de semillas Regado de semillas Toma de datos de germinación de
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¡CON LAS IMÁGENES TAMBIÉN SE APRENDE! (Uso de las TIC)
Antes de iniciar el proyecto corto experimental, recuerda que puedes hacer uso de tu celular para capturar fotografías (imágenes) o video, mismas que podrás utilizar para elaborar el reporte o informe del proyecto de la actividad que vas a elaborar o de acuerdo a lo que tu profesor(a) consideré pertinente, también si lo deseas reunido con tu equipo de trabajo puedes elaborar una presentación en Power Point, Flash o Prezzi.
REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS Y EVIDENCIAS PRÁCTICAS
Durante la actividad registra tus resultados en una tabla o cuadro, anota todas tus observaciones y resultados que te permitan apoyar tus análisis, discusión y conclusiones.
Junto con el profesor se decide el tipo de análisis estadístico a realizar para los datos, finalmente está a consideración dependiendo si estos son paramétricos o no paramétricos. Se recomienda al profesor el uso del libro Biostatistical Analysis de Jerrold H. Zar.
OBSERVACIONES Y EVIDENCIAS PRÁCTICAS
Dibuja o toma fotografías de tus observaciones realizadas en las charolas con las semillas y plántulas. No olvides el riego y medir las plántulas con el vernier diario, mientras dure (aproximadamente dos semanas) el proyecto corto experimental.
¡LLEGÓ EL MOMENTO DE ELABORAR EL INFORME (REPORTE)
ESCRITO DE LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL!
Con los puntos desarrollados hasta ahora y los siguientes apartados, vas a poder elaborar el informe escrito (formal) del proyecto experimental, según lo indique tu profesor (a). No olvides incluir las imágenes que recabaste con tú dispositivo móvil y/o tableta.
IV. ¿QUÉ PASA? Y ¿CÓMO PASA?
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ANÁLISIS, CONTRASTACIÓN, EXPLICACIÓN E INTERPRETACIÓN DE
OBSERVACIONES, RESULTADOS Y/O EVIDENCIAS PRÁCTICAS
El alumno (a):
Da respuesta a la (s) pregunta (s) o problema (s) planteado (s) con base en las evidencias práctica y el análisis de sus resultados.
El mundo de la biología y tú
Lectura de apoyoLa ecología química es una ciencia que surgió formalmente en los años 50’s. Uno de los trabajos pioneros en ecología química se realizó en México. Lincoln Brower y colaboradores, en los años 60’s, realizaron los estudios, hoy clásicos, sobre ecología evolutiva de plantas tóxicas y sus herbívoros asociados. En 1989 comienza a tomar mayor impulso la ecología química realizada en México. Otros estudios han abordado el papel de los metabolitos secundarios en la defensa de las plantas, la comunicación por medio de feromonas y la búsqueda de metabolitos con acción biológica diversa. La ecología química cobra un interés particular, debido a la potencial aplicación de los metabolitos secundarios como herbicidas, pesticidas, reguladores del crecimiento, antibióticos y agentes citotóxicos, entre otros. Es muy importante que los estudios de ecología química consideren la enorme biodiversidad de México, la cual representa al mismo tiempo una gran riqueza química. La exploración químico-ecológica puede formar parte de la conservación biológica, aunque también existen razones sociales y económicas que le dan mayor prioridad a la investigación sobre metabolitos secundarios activos (Anaya 1994).
Estudios químicos y fisiológicos con relación en la alelopatía Un ejemplo de estudio de caso
González de la Parra y sus colaboradores (1981) identificaron dos monoterpenos diasteroisómeros, piquerol A y B de Priqueria trinervia, una maleza común en las zonas templadas y tropicales de México. Ambos compuestos mostraron un efecto fitotóxico selectivo, el piquero A inhibió preferentemente el crecimiento de las raíce, y el piquerol B el de los tallos. Cruz-Ortega y colaboradores (1990) observaron que uno de los mecanismos de acción del diacetil-piquerol es la inhibición de la actividad de las H+ -ATPasas de la membrana plasmática y de tonoplasto de raíces de Ipomea purpurea. González de la Parra y colaboradores probaron la actividad del piquerol A y B sobre hembras de garrapata (Boophilus microplus), poniendo en evidencia su acción acaricida.
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La actividad de ambos piqueroles sobre este parásito es comparable a la actividad reportada de los acaricidas organofosfóricos (González de la Parra et. al. 1981).
ELABORACIÓN DE CONCLUSIONES
En este apartado, los alumnos (as) construyen sus propias conclusiones; para ello, considera la (s) pregunta (s) problema (s) a resolver, las hipótesis planteadas (posibles respuestas) y los resultados logrados.
Es importante analizar qué pasó en ambos lotes con respecto a las semillas germinadas, cuáles plántulas crecieron más y en qué tiempo, la discusión se deberá dirigir a cubrir las posibles respuestas del efecto de algunos metabolitos secundarios en la germinación y crecimiento.
Por otro lado, aunque no se identifican específicamente los metabolitos secundarios que intervienen en dichas actividades fisiológicas, se puede analizar la importancia de los Eucaliptos (árboles introducidos de Australia) en términos de la competencia con plantas nativas y su papel ecológico, y sobre todo cómo algunas moléculas influyen y tienen papeles importantes en otros sistemas biológicos.¿QUÉ APRENDÍ?
De manera breve los alumnos expresan los conocimientos, habilidades y actitudes logrados a través del proyecto.
REFERENCIAS CONSULTADAS. (BIBLIOGRÁFICAS, HEMEROGRÁFICAS O
CIBERGRÁFICAS
El profesor solicita a los alumnos que utilicen el formato APA para citar las referencias consultadas para elaborar el reporte de la actividad experimental.14
CONSTRUCCIÓN DE UN MAPA CONCEPTUAL
Si el profesor lo considera pertinente, solicita a los estudiantes que identifiquen los conceptos clave que se han trabajado durante el proyecto corto experimental y que construyan un mapa conceptual sobre metabolitos secundarios y sus funciones en el metabolismo de plantas y animales. Esto se puede enriquecer con los propios resultados del proyecto o bien abordar el tema de manera más amplia y general.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Anaya, L.A.L. 1994. La investigación en ecología química en México. Boletín de la Sociedad
Botánica de México 55:9-16.
Anaya, L.A.L. y G.F.J. Espinosa. 2006. La química que entreteje a los seres vivos. Ciencias 83:4-13.
Cruz-Ortega, R., A.L. Anaya, M. Gavilanes-Ruíz, S. Sánchez-Nieto y M. Jiménez-Estrada. 1990. Effect of piquerol on the H+-ATPase activity of microsomes from Ipomea purpurea, as a
possible allelopathic mode of action. J. Chem. Ecol. 16:2253-2261.
Dirzo, M.R. 1985. Metabolitos secundarios en las plantas ¿Atributos panglossianos o de valor adaptativo? Ciencia 36:137-145.
González de la Parra, M., A.L. Anaya, F.J. Espinosa, M. Jiménez y R. Castillo. 1981. Allelopathic potential of Piqueria trinervia (Compositae) and piquerols A and B. J. Chem. Ecol. 7:509-515.
Rosenthal, G.A. y D.H. Janzen. 1979. Herbivores: Pags.- in Their interaction with secondary plant metabolites. G.A. Rosenthal y D.H. Janzen (Eds.). Academic Press. New York. United States of America.
Vázquez Yanes, C. 1992. La fisiología ecológica de plantas. Ciencia No. Especial 6:63-68.
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Autores: Humberto Topete Barrera, Sabel René Reyes Gómez, Arturo Corletts Hernández y Carlota Francisca Navarro León.
¡SALUD COMPADRE!
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FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
INTRODUCCIÓN
Se propone una estrategia de enseñanza experimental para facilitar el aprendizaje de los alumnos, sobre algunos procesos que comúnmente realizan los seres vivos para obtener su propia energía, tomando como ejemplo la respiración anaerobia en el proceso de fermentación alcohólica, además de relacionar el proceso con situaciones y hechos de su entorno cotidiano.
La D-glucosa es el principal combustible de la mayoría de los organismos y ocupa una posición central en el metabolismo. La glucosa no es sólo un combustible excelente sino también un precursor muy versátil, capaz de suministrar una gran cantidad de intermediarios metabólicos para las reacciones biosintéticas.
Se sabe que el hombre utilizó el proceso de la fermentación desde tiempos prehistóricos. Hacia fines del siglo XVIII, el científico francés Antoine Lavoisier descubrió que la fermentación de la glucosa produce dióxido de carbono y alcohol. En 1810, Gay-Lussac, mostró mediante una ecuación química las cantidades de dióxido de carbono y alcohol que se producían por la fermentación de la glucosa. En 1850, Pasteur definió a la fermentación como “vida sin aire”, él creyó que la fermentación era la forma de vida de ciertos microorganismos en ambientes anaeróbicos, o sea donde había poco o nada de oxígeno.
La característica especial de la fermentación es la obtención de energía de las propias células sin utilizar oxígeno. Los sustratos más comunes para las fermentaciones son la glucosa y otros azúcares de seis carbonos. Las dos clases principales de fermentación de la glucosa son la glucólisis anaeróbica, en la que el lactato es uno de subproductos y el producto final son dos moléculas de ATP. Por otro lado, durante la fermentación alcohólica se obtiene alcohol etílico (CH3CH2OH) y dióxido de carbono (CO2).
Por otro lado, las propuestas de que la vida se originó sobre la Tierra primitiva, en un ambiente carente de oxígeno (anaerobio), hacen suponer que las primeras células “primitivas” debieron de haber obtenido su energía para el desarrollo de su metabolismo, principalmente por medio de la fermentación.
En hongos unicelulares como las levaduras (eucariontes) y algunos organismos procariontes, capaces de realizar fermentación alcohólica, el piruvato es oxidado en dos
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reacciones sucesivas a alcohol etílico y dióxido de carbono, junto con dos ATP como producto final.
Desde el marco del aprendizaje constructivista, las actividades que se desarrollarán en esta estrategia experimental, se sustentan en el aprendizaje por indagación, la aplicación de la técnica de microescala, del enfoque Ciencia, Tecnología, Sociedad y cuidado del Ambiente (CTS - A) y las TIC. Bajo este marco de enseñanza, se pretende promover la construcción de aprendizajes significativos, promover el desarrollo de habilidades y destrezas propias de las ciencias naturales, como la creatividad y capacidad de análisis crítico y reflexivo, la aplicación del método experimental, la búsqueda de información en textos y en lecturas de apoyo que se proporcionan a los alumnos, la participación individual y las exposiciones electrónicas en equipo, entre otras.
El manejo adecuado de materiales, equipos de laboratorio y de los residuos generados, para el cuidado del ambiente, son compromisos fundamentales a lograr en los estudiantes.
Actividad práctica actualizada 2017-2018. Técnico Académico: Manuel Becerril González.
PROPÓSITOS Y OBJETIVOS
Esta actividad apoya algunos aspectos de Biología III, Unidad 1. ¿Cómo los procesos metabólicos energéticos contribuyen a la conservación de los sistemas biológicos? Tema II. Procesos metabólicos de obtención y transformación de materia y energía. Fermentación y respiración celular.
Que el alumno:
Describa la importancia del metabolismo, a través del análisis de diferentes procesos energéticos, para que explique su contribución a la conservación de los sistemas biológicos.
Explique que la fermentación y la respiración celular son procesos metabólicos para la síntesis de ATP.
PROBLEMAS O PREGUNTAS A RESOLVER A TRAVÉS DE LA ACTIVIDAD
EXPERIMENTAL.
¿Cómo generan los seres vivos su energía para realizar sus funciones vitales? ¿Cómo respiran los seres vivos sin la presencia de oxígeno?
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De la fermentación alcohólica ¿qué productos pueden ser utilizados por el hombre?
¿Cómo se puede comprobar experimentalmente que las levaduras realizan la fermentación alcohólica?
¿Qué sucede con la glucosa durante el proceso de fermentación alcohólica? ¿Cuáles son las variables que se deben considerar durante la fermentación
alcohólica y por qué?
¿Qué gas se obtiene durante el proceso de fermentación alcohólica?
¿Qué compuesto forma el gas producto de la fermentación alcohólica cuando lo pones en contacto con el agua?
POSIBLES RESPUESTAS A LOS PROBLEMAS (HIPÓTESIS)
El metabolismo celular es una serie de reacciones bioquímicas que precisan de energía, por lo tanto, las células cuentan con una serie de bio-moléculas que garantizan la generación de energía en forma de ATP (trifosfato de adenosina), para logarlo se requiere de enzimas que regulan el metabolismo en los seres vivos. Una de las formas que realizan algunos tipos celulares para la obtención de energía (ATP) es a través de la fermentación alcohólica, en donde a partir de un azúcar se obtienen diversos compuestos y energía.
Realiza una investigación documental y junto con la información antes descrita, plantea tus posibles respuestas a las preguntas planteadas al inicio de la actividad.
DISEÑO DEL EXPERIMENTO PARA COMPROBAR LA (S) HIPÓTESIS
Material Sustancias
1 Probeta de 100 mL Papel aluminio (un pedazo de 5x5 cm) 1 Probeta de 50 mL Harina de maíz, trigo o arroz (25 g) 6 Vasos de precipitados de 100 mL Levadura (1 g)
1 Balanza granataria o digital Papel pH
1 Matraz Erlenmeyer de 250 mL 15 mL de HCl al 3M 1 Pipeta de 10 mL 15 mL de NaOH al 3M 1 Espátula Indicador Universal (gotas) 1 Equipo de destilación completo con canastilla de
calentamiento 1 Autoclave 1 Pinza de Mohr 1 Termómetro
1 Botella de plástico de refresco vacía de 1.5 a 3.0 L 1 Tubo de vidrio de 6 cm de largo
Un pedazo de manguera de hule de 15 cm de largo
18 ¡PRECAUCIÓN! El ácido clorhídrico (HCl) causa severas quemaduras en la piel. Evita el contacto en los ojos, si llega a ocurrir lava con abundante agua y avisa a tu profesor. ¡PRECAUCIÓN!
El hidróxido de sodio (NaOH) es corrosivo y tóxico, produce severas quemaduras, evita el contacto con la piel, si llega a ocurrir lava con abundante agua fría y avisa a tu profesor. ACTIVIDADES PREVIAS
Antes de realizar la actividad experimental:
En equipo de trabajo colaborativo, desarrolla un cómic en donde se ilustre el procedimiento a seguir durante dicha actividad.
Investiga sobre las sustancias que se van a utilizar y sobre el significado del Rombo de Seguridad (en tú laboratorio hay un Rombo de Seguridad, toma una fotografía con tu celular). PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Primera sesión 1. Pesar 25 g de harina de maíz, trigo o arroz y colocarla dentro de un matraz Erlenmeyer y agregar 75 mL de agua destilada. 2. Agregar 15 mL de ácido clorhídrico (HCl) a una concentración 3M. 3. Mezclar la harina con el ácido y el agua hasta formar una pasta uniforme. Tapar la boca del matraz con papel aluminio.
4. Hidrolizar en un autoclave a 1.2 Kg/cm2 y a 115°C
durante una hora. Dejar enfriar.
19 Segunda sesión
5. Con cuidado, sacar del autoclave la harina y colocarla en un vaso de precipitados de 250 mL. Con papel indicador, medir el pH. Este será tu medio de cultivo para las levaduras.
8. Dejar fermentar durante
48 horas a una
temperatura de 25°C el medio de cultivo contenido en la botella. con
7. Con cuidado, pasar el medio de cultivo a una botella de plástico de 3L, agregar 0.8g de
levadura (comercial)
granulada, cerrar la botella con un tapón de hule adaptado con manguera látex y una pinza Mohor.
Para evitar fugas sella con masking-tape.
6. Para neutralizar el medio de cultivo (harina) para las levaduras, que se encuentra en el vaso de precipitados, agrega 15 mL de hidróxido de sodio (NaOH) 3M y con ayuda de un agitador de vidrio mezcla perfectamente. Hasta llegar a pH=7
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Tercera sesión
9. En tres vasos de precipitados de 100 mL colocar 50 mL de agua destilada y agregar a cada uno 5 gotas de indicador universal.
10. A uno de los vasos agregar 3 gotas de HCl. Observar y registrar todas las evidencias experimentales observadas.
A otro vaso agrega 3 gotas de NaOH, observar y registrar las evidencias experimentales.
Finalmente en el tercer vaso de precipitados ¿qué contiene?, introduce la manguera de la botella y libera lentamente el gas que se formó. ¿Qué sucede? 11. Con un equipo de destilación, separa el producto destilado en 3 partes: cabeza, cuerpo y cola, cada
parte de la destilación la puedes colocar en vasos de precipitados de 100 mL
12. Discute con tu equipo de trabajo y pregunta al profesor para que te oriente al final de la actividad.
Realiza un reporte de la actividad experimental.
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¡CON LAS IMÁGENES TAMBIÉN SE APRENDE! (Uso de las TIC)
Antes de iniciar la actividad experimental, recuerda que puedes hacer uso de tu celular para capturar fotografías (imágenes) o video, mismas que podrás utilizar para construir el diagrama de bloques del procedimiento, el cual formará parte del reporte o informe de la actividad experimental que vas a elaborar o de acuerdo a lo que tu profesor consideré pertinente, para construir en equipo una presentación electrónica (en Power Point o en Prezzi).
REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
Durante la actividad experimental registra tus resultados en una tabla o cuadro, anotatodas tus observaciones y resultados que te permitan apoyar tus análisis, discusión y conclusiones.
TABLA No. 1. OBSERVACIONES Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
Muestras
¿Qué sucedió?
Observaciones Observaciones Observaciones
Vaso de precipitado con agua e indicador universal y 3 gotas de HCl.
Vaso de precipitado con agua e indicador universal y 3 gotas de NaOH
Vaso de precipitado con agua e indicador universal en donde se introduce la manguera de la botella y libera lentamente el gas formado.
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¡LLEGÓ EL MOMENTO DE ELABORAR EL INFORME (REPORTE)
ESCRITO DE LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL!
(del punto a 1 al 12)
Con los puntos desarrollados hasta ahora y los siguientes apartados, vas a poder elaborar el informe escrito (normal) de la actividad experimental y/o en V de Gowin, según lo indique tu profesor/profesora. No olvides incluir las imágenes que recabaste con tú dispositivo móvil.
ANÁLISIS, CONTRASTACIÓN, EXPLICACIÓN E INTERPRETACIÓN DE
OBSERVACIONES, RESULTADOS Y/O EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
El alumno(a):
Da respuesta a la (s) pregunta (s) o problema (s) planteado (s) con base en las evidencias experimentales obtenidas y el análisis de sus resultados. Confirma las hipótesis planteadas.
ELABORACIÓN DE CONCLUSIONES
En este apartado, los alumnos (as) construyen sus propias conclusiones; para ello, considera la pregunta (s) problema (s) a resolver, las hipótesis planteadas (posibles respuestas) y los resultados logrados.¿QUÉ APRENDÍ?
De manera breve los alumnos expresan los conocimientos, habilidades y actitudes logrados a través del trabajo experimental.
REFERENCIAS CONSULTADAS. (BIBLIOGRÁFICAS, HEMEROGRÁFICAS O
CIBERGRÁFICAS)
El profesor solicita a los alumnos que utilicen el formato APA para citar las referencias consultadas para elaborar el reporte de la actividad experimental.
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CONSTRUCCIÓN DE UN MAPA CONCEPTUAL
Si el profesor lo considera pertinente, solicita a los estudiantes que identifiquen los conceptos clave que se han trabajado durante la actividad experimental y que construyan un mapa conceptual.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Avers, J.C. 1983 Biología Celular. Primera edición. Iberoaméricana. México. 532 p.p. Digrando L., Gregg K.V., Hainen N., y C. Winstrom. 2003. Química. Materia y Cambio.
Mc Graw Hill. México. 976 p.p.
Garritz A. y J.A. Chamizo. 2001. Tú y la Química. Prentice Hall. Pearson Educación. México. 808 p.p.
Nelson D.L. y M.M. Cox. 2001. Lehninger Principles of Biochemistry. Tercera edición. Freedman and Company. Estados Unidos de América. 1152 p.p.
Welch C.A., Fishleder J., Arnon D.I., y W.V. Mayer. 1987. Ciencias Biológicas (de las moléculas al hombre). 15° edición. Continental. México. 998 p.p.
Zumdhal S.S. 1992. Fundamentos de Química. Mc Graw Hill. México. 712 p.p.
VI. ACTIVIDADES EXTRACLASE
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Autores: Eréndira Rosales Romero, Manuel Becerril González y Alberto Hernández Peñaloza.
OBTENCIÓN DE ALGUNOS PIGMENTOS FOTOSINTÉTICOS Y SU
RELACIÓN EVOLUTIVA.
INTRODUCCIÓN
El término “pigmento” es utilizado para describir una molécula que absorbe luz y presenta un color. Las plantas y otros seres vivos contienen gran variedad de pigmentos que dan lugar a los colores que en ellas observamos. Las flores y los frutos contienen muchas moléculas orgánicas que absorben luz, al igual que las hojas, tallos y raíces también contienen muchos pigmentos que incluyen las antocianinas, flavonoides, flavinas, quinonas y citocromos. Los pigmentos fotosintéticos son los únicos que tiene la capacidad de absorber energía de la luz solar y hacerla disponible para el complejo fotosintético. Por otro lado, en algunas plantas los pigmentos: clorofilas, carotenoides y xantofilas presentan una capacidad de absorción de la luz del sol efectiva relacionada con su estructura molecular y su organización celular (eLibrary 2018).
Los pigmentos fotosintéticos se encuentran agrupados en sistemas funcionales denominados fotosistemas. Cada fotosistema consiste, en promedio, de unas 200 moléculas de clorofila y unas 50 moléculas de carotenoides. De todas estas moléculas solo unas pocas, mayoritariamente clorofilas, asociadas con el centro de reacción son capaces de transformar la energía luminosa en energía electroquímica. El resto de pigmentos, también clorofilas, actúan como captadores de la luz y se denominan moléculas antena. La luz es absorbida por las moléculas antena y se va transfiriendo por resonancia hasta que alcanzan el centro de reacción. Esta transferencia se realiza con una altísima eficacia (Strasburger, 2004; Barceló et al. 2001). Esto se relaciona con su capacidad de aprovechamiento de la luz para iniciar reacciones químicas de óxido –reducción, “fotosíntesis”, y con poseer color propio.
Estos pigmentos se organizan en estructuras captadoras de luz denominadas antenas, constituidos por pigmentos unidos a proteínas, las cuales están rodeando a los centros de reacción clorofila a (Chl a) cuya función es transformar la energía fotónica en electroquímica. Con relación a la clorofila a, existen dos tipos según se trate de organismos fotosintéticos procariotas o eucariotas, bacterioclorofila a y clorofila a respectivamente y además están acompañados de otros pigmentos accesorios, cuya función es ampliar el espectro de absorción de los pigmentos primarios y además, en el caso de algunos tipos y en ciertas circunstancias, pueden servir como protección frente a la luz excesiva (Barceló, 2001).
Fundamentalmente, los pigmentos de las plantas se dividen en 3 grupos:
1. Las clorofilas (a, b, c1, c2, c3); la clorofila está formada por un anillo porfirínico con un átomo de magnesio en el centro, asociado a un metanol y a un fitol (monoalcohol de compuesto de veinte carbonos),
2. Los carotenoides (carotenos y sus derivados oxigenados conocidos como xantofilas), y 3. Ficobiliproteínas (aloficocianinas, ficocianinas, ficoeritrinas) son esenciales para la
fotosíntesis.
Estos compuestos poseen distintas características, una de las más importantes es la capacidad de absorber luz a distintas longitudes de onda, ya que de esto depende el rango efectivo de acción del pigmento. Por ejemplo, las clorofilas absorben en el rango de 430-450 nm y 600-690 nm, los
25 carotenoides entre 400-500 nm (Fogg et al. 1973, Strasburger 2004, Barceló et al. 2001). Como se ha mencionado anteriormente la función primordial de la clorofila es la de absorber energía lumínica, formando parte fundamental de la maquinaria captadora de luz en los tilacoides y además en el caso específico de la clorofila a, además forma parte del centro de reacción que inicia, por diferencia de carga por la llegada de un electrón al estado de “exitación”, reacciones Redox que darán origen al transporte de electrones necesarios para llevar los electrones excitados por los fotones absorbidos hasta sus finales aceptores.
Actividad experimental actualizada 2017-2018. Técnico Académico: Manuel Becerril González.
PROPÓSITOS Y OBJETIVOS
Que el alumno describa la importancia del metabolismo, a través del análisis de diferentes procesos energéticos, para que explique su contribución a la conservación de los sistemas biológicos. Esta actividad cubre algunos aspectos de Biología III, Unidad I ¿Cómo los procesos metabólicos energéticos contribuyen a la conservación de los sistemas biológicos? Tema II. Procesos metabólicos de obtención y transformación de materia y energía. Subtema III. Fotosíntesis.
Que el alumno:
Comprenda que la fotosíntesis es un proceso anabólico que convierte la energía luminosa en energía química.
PREGUNTAS A RESOLVER A TRAVÉS DE LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL.
¿Cuál es el papel de la luz y los pigmentos en la fotosíntesis? ¿Qué sucede en las reacciones de la fase luminosa y la fase oscura de la fotosíntesis?
¿Qué es un pigmento fotosintético?
¿Cuál es la importancia del metabolismo anabólico para los organismos fotosintéticos?
POSIBLES RESPUESTAS A LOS PROBLEMAS O PREGUNTAS (HIPÓTESIS)
Para que te apoyes en este apartado es recomendable que elabores un resumen de una cuartilla acerca del tema fotosíntesis y su relación con los pigmentos fotosintéticos, II. RECONOCIMIENTO Y APROXIMACIÓN CONCEPTUAL A UN PROBLEMA BIOLÓGICO
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haciendo énfasis en la historia evolutiva de los sistemas biológicos que han modificado su metabolismo celular para aprovechar la luz solar.
SUGERENCIA DE ACTIVIDAD PREVIA
Realiza una investigación documental sobre el tema fotosíntesis y pigmentos fotosintéticos en diversos materiales impresos o electrónicos y con la información realiza un mapa conceptual, éste te ayudará a comprender mejor y de manera ordenada la información encontrada.
DISEÑO DEL EXPERIMENTO PARA COMPROBAR LAS HIPÓTESIS
Material Sustancias
Una hoja de papel filtro Alcohol etílico frío Un mortero con pistilo
3 Pipetas beral
3 Vasos de precipitados de 50 mL Una probeta graduada de 100 mL Una lámpara de luz UV
3 tubos de ensayo
Un embudo de vidrio talle largo.
Cámara digital, teléfono inteligente o tableta. Material Biológico
Una hoja de espinaca, betabel y epazote morado.
ACTIVIDADES
En equipo de trabajo colaborativo, desarrolla un diagrama de flujo del procedimiento para el desarrollo de la actividad experimental. Esta actividad está planteada para dos sesiones de dos horas cada una. La primera será para la extracción de los pigmentos fotosintéticos, en tanto que la segunda sesión será para la elaboración del cladograma de acuerdo con la investigación de las estructuras moleculares de los pigmentos fotosintéticos.
PROCEDIMIENTO
1. Lavar con agua corriente las hojas que se van a utilizar para la extracción de los pigmentos, secarlas con una toalla de papel; elimina la nervadura central de nervadura central y el tallo de las hojas.
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2. Hacer fragmentos pequeños y colocarlos en el mortero, agregar 100 mL de alcohol etílico frío y macerar los fragmentos con el pistilo del mortero hasta obtener los pigmentos.
3. Una vez obtenido el extracto, filtrarlo en una probeta de 100 mL hasta un tercio de su capacidad, posteriormente se colocan los pigmentos en tubos de ensayo y en una gradilla o vaso de precipitados y agregar 10 mL de alcohol etílico frío para separar las clorofilas de otros pigmentos.
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4. Para realizar la cromatografía de los pigmentos fotosintéticos una hoja de papel filtro se divide en 4 partes iguales, para cada tira de papel se dibuja en un extremo una línea horizontal con lápiz de aproximadamente 1 cm; en el centro de ella ponga de 5 a 10 gotas de extracto de clorofila
5.Dejar pasar un minuto entre gota y gota; después de este paso introduzca el papel filtro con la muestra hacia abajo hasta hacer contacto con el alcohol, dejarlo ahí por 5 minutos para que corran los pigmentos. Más tarde podrás identificar las clorofilas a y b y otros pigmentos como pueden ser las xantofilas (pigmentos amarillos) y los carotenos (pigmentos pardos rojizos o anaranjados). Clorofila a Clorofila b Xantofilas Carotenos
29 5. Para evidenciar la fluorescencia de los pigmentos fotosintéticos se puede colocar directamente
el extracto de los pigmentos fotosintéticos frente a una lámpara de luz UV.
6. Finalmente, para aproximarse a la relación evolutiva entre los pigmentos presentes en algunas plantas y la evolución entre especies, se sugiere que el alumno construya un cladograma basado en el Principio de Hennig. Para construirlo se deben seguir los siguientes
PASOS.
a) Se deben considerar las características a tomar, en este caso se busca por ejemplo la estructura química de algunos pigmentos extraídos, como la clorofila a y b y analizar las dobles ligaduras o la presencia de alguna parte característica de la molécula o grupo funcional característico.
Ejemplo de estructuras moleculares
Clorofila a
30 b) Una vez consideradas las características se debe: observar, analizar, ordenar y proponer
bajo el criterio de mayor parsimonia (simplicidad).
MÉTODO DE HENNIG
Es muy simple al trabajar con pocos caracteres y taxones. CARACTERES/ ESPECIE 1 2 3 4 5 6 A 1 0 0 0 1 0 B 1 0 0 0 1 1 C 0 1 1 0 0 1 D 0 1 0 1 0 0 E 0 1 0 1 0 0
Ejemplo tomado de: Morrone, J.J. 2001. Sistemática, biogeografía, evolución. Los patrones de la biodiversidad en tiempo-espacio.
31 1 A B C D 2 3 C E B C 4 5 6 D E B A B C 1 5 2 3 4 6 6 A D E Ejemplo tomado de:
Morrone, J.J. 2001.
c) A partir de la matriz anterior se pueden construir 6 ramas distintas según lo encontrado en las estructuras moleculares de los pigmentos extraídos. Desarrollo de cada rama.
CONSTRUCCIÓN DEL CLADOGRAMA
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ESTADO PLESIOMÓRFICO: Caracter que surge primero en el tiempo, se infiere que se encontraba en el antecesor.
ESTADO APOMÓRFICO: Caracter que surge del estado plesiomórfico, es una transformación.
SIMPLESIOMORFÍA: Caracter plesiomórfico que presentan dos o más taxones.
AUTAPOMORFÍA: Caracter apomórfico o novedad evolutiva que presenta un único taxón.
SINAPOMORFÍA: Caracter apomórfico que se presenta en dos o más taxones.
PARALELISMO: Compartición de un caracter en taxones no asociados.
REPLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS
Compara tus observaciones y tus análisis con lo planteado en tu hipótesis, replantea cada una de tus hipótesis de acuerdo con la nueva observación y discute en equipo.
Por otro lado, al realizar tu discusión considera los siguientes puntos para dar una respuesta justificada con el cladograma hecho a partir de las estructuras moleculares de los pigmentos fotosintéticos obtenidos en la actividad experimental.
Recuerda…
Para tener un mejor aprendizaje, es preciso el análisis de tus
resultados, para lo cual los profesores planteamos algunas
preguntas que muestren tu avance. También considera que puede
haber más de una respuesta sobre la construcción del cladograma.
¡CON LAS IMÁGENES TAMBIÉN SE APRENDE! (Uso de las TIC)
Durante el inicio de la actividad experimental, recuerda que puedes
hacer uso de tu celular para capturar fotografías (imágenes) o video,
mismas que podrás utilizar posteriormente para la entrega de tu
informe la actividad práctica o bien de acuerdo a lo que tu profesor(a)
consideré pertinente, se puede elaborar en equipo una presentación
electrónica (en Power Point o en Prezzi).
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REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS Y EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
Durante la actividad experimental registra tus resultados en una tabla o
cuadro, anota todas tus observaciones y resultados que te permitan
apoyar tus análisis, discusión y conclusiones.
¡LLEGÓ EL MOMENTO DE ELABORAR EL INFORME (REPORTE)
ESCRITO DE LA ACTIVIDAD EXPERIMENTAL!
Con los puntos desarrollados hasta ahora y los siguientes apartados, vas a poder elaborar el informe escrito (formal) de la actividad práctica, según lo indique tu profesor (a). No olvides incluir las imágenes que recabaste con tú dispositivo móvil celular y/o tableta.
ANÁLISIS, CONTRASTACIÓN, EXPLICACIÓN E INTERPRETACIÓN DE
OBSERVACIONES, RESULTADOS Y/O EVIDENCIAS PRÁCTICAS
El alumno (a):
Da respuesta a la (s) pregunta (s) o problema (s) planteado (s) con base en las evidencias práctica y el análisis de sus resultados.
El mundo de la biología y tú
Lectura de apoyo
En la fotosíntesis, la energía solar se convierte en energía química mediante organismos fotosintéticos. Sin embargo, en la fotosíntesis no se usan de igual manera todas las distintas longitudes de onda específicas de la luz visible, mientras que reflejan otras.
El conjunto de longitudes de onda que absorbe un pigmento se conoce como su espectro de absorción. El conjunto de longitudes de onda que un pigmento no absorbe, se refleja, y la luz reflejada es lo que vemos como color. Por
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ejemplo, percibimos las plantas de color verde por su gran contenido de moléculas de clorofila a y b, que reflejan luz verde.
La mayoría de organismos fotosintéticos tienen una diversidad de pigmentos, lo cual les permite absorber energía de una amplia gama de longitudes de onda.
En el caso de la clorofila hay cinco tipos principales: a, b, c y d más una molécula relacionada que se encuentra en procariontes llamada bacterioclorofila. En las plantas, la clorofila a y la clorofila bson los principales pigmentos fotosintéticos. Las moléculas de clorofila absorben longitudes de onda azules y rojas. A nivel estructural, las moléculas de clorofila se componen de una cola hidrófoba (que le teme al agua) que se inserta en la membrana del tilacoide y una cabeza de anillo de porfirina (un grupo circular de átomos que rodean a un ion magnesio) que absorbe la luz.
Aunque tanto la clorofila a como la clorofila b absorben luz, la clorofila a tiene una función única y crucial al convertir la energía de la luz en energía química. Todas las plantas, algas y cianobacterias contienen clorofila a mientras que sólo las plantas y algas verdes contienen clorofila b, junto con algunas especies de cianobacterias.
Debido a la función central de la clorofila a en la fotosíntesis, todos los pigmentos utilizados además de la clorofila a se conocen como pigmentos accesorios, que incluyen otras clorofilas, así como otras clases de pigmentos, como los carotenoides. El uso de pigmentos accesorios permite la absorción de una gama más amplia de longitudes de onda y, por lo tanto, una captura mayor de energía de luz solar.
Cuando una molécula de pigmento absorbe un fotón, pasa a un estado de excitación, es decir, tiene energía extra y ya no se encuentra en sus estado normal o fundamental. A un nivel subatómico, la excitación se produce cuando un electrón sube a un orbital de mayor energía que está más alejado del núcleo. Sólo un fotón con la cantidad justa de energía puede subir un electrón entre orbitales y puede excitar un pigmento. De hecho, es por esta razón que diferentes pigmentos absorben distintas longitudes de onda: las “brechas de energía” entre los orbitales son diferentes en cada pigmento, es decir, en cada caso se necesitan fotones de diferentes longitudes de onda para proporcionar un impulso de energía que coincida con esas brechas (Khan Academy 2018).
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CONSTRUCCIÓN DE UN MAPA CONCEPTUAL
Si el profesor lo considera pertinente, solicita a los estudiantes que identifiquen los conceptos clave que se han trabajado durante la actividad experimental y que construyan un mapa conceptual.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Barceló, J., G. Nicolás, B. Sabater y R. Sánchez. 2001. Fisiología Vegetal. Pirámide. España. 568 p.p.
eLibrary. 2018. Plant and Soil Sciences. National Institute of Food and Agriculture-University of California-Davis, United States of America.
Fogg, G.E., W.D.P., Stewart, P. Fay, y A.E. Walsby. 1973. The blue-green algae. Academic Press. London & New York. 459 p.p.
Morrone, J.J. 2001. Sistemática, biogeografía, evolución. Los patrones de la biodiversidad en tiempo-espacio. Las prensas de Ciencias, Facultad de Ciencias. Universidad Nacional Autónoma de México. Distrito Federal. México. 124 p.p. Pérez-Urria, C.E. 2009. Fotosíntesis. Aspectos Básicos. Reduca (Biología): Serie
Fisiología Vegetal 2(3):1-47.
Strasburger, E. 2004. Tratado de Botánica. 35 Ed. Omega. España. 1152 p.p.
CIBEROGRAFÍA
https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants/the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis/a/light-and-photosynthetic-pigments
(Recuperada el 14 de febrero de 2018)
VI. ACTIVIDADES EXTRACLASE
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Autoras: Blanca Susana Cruz UIloa, Beatriz Elías López y Victoria Ortega Rangel. Actividad modificada y actualizada por: Eréndira Rosales Romero y
Manuel Becerril González.
EXTRACCIÓN Y PRECIPITACIÓN DE ADN DE FRESA Y MANZANA
1. INTRODUCCIÓN
Se propone una estrategia de enseñanza experimental para facilitar el aprendizaje de los alumnos, sobre algunas generalidades de los seres vivos.
La diversidad de seres vivos es producto del proceso evolutivo, el cual está sustentado en los cambios a través del tiempo en los ecosistemas, comunidades, poblaciones, especies, individuos, células y moléculas. La molécula orgánica que contiene toda la información genética de un organismo es el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es un par de cadenas polinucléotidas atraídas entre sí, mediante puentes de hidrógeno, formando una doble hélice. La atracción de hidrógeno se establece entre las bases nitrogenadas como la adenina con la timina y la guanina con la citosina, lo cual mantiene la doble hélice. El modelo estructural fue descrito por James Watson y Francis Crick a mediados del siglo XX y el cual fue galardonado con el Premio Nobel.
La estructura de un determinado ADN está definida por la secuencia de las bases nitrogenadas en la cadena de nucleótidos y reside en esa secuencia de bases, la información genética del ADN. El orden de la secuencia de bases a lo largo de la cadena en el ADN, es el que constituye el mensaje para la formación de proteínas. La tecnología actual permite secuenciar el ADN, lo cual equivale a descifrar su mensaje genético. Se conoce que no todas las secuencias de ADN codifican información para una proteína, es decir, el ADN presenta una serie de “espacios” sin información genética para formar proteínas. El ADN se encuentra en todos los seres vivos, formando cromosomas de forma, número y tamaño característico en cada especie. La diversidad de seres vivos en el planeta tiene que ver con la diversidad de información genética acumulada en las especies a través de su historia evolutiva. Aun cuando los virus no son seres vivos, también presentan el ADN. El estudio del ADN permite comprender la función de las proteínas, dichas funciones pueden describirse a tres niveles. La función fenotípica que describe los efectos de una proteína en el organismo entero. Por ejemplo, la pérdida de la proteína puede provocar un crecimiento más lento del organismo, alteraciones del desarrollo e incluso la muerte. La función celular es una descripción de la red de interacciones con otras proteínas en la célula puede ayudar a definir los tipos de procesos metabólicos en los que participa la proteína. Finalmente, la función molecular hace referencia a la actividad bioquímica concreta de una proteína, incluyendo detalles como las reacciones catalizadas
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por una enzima o los ligandos unidos por un receptor. El desafío que representa el conocimiento de las funciones de miles de proteínas poco o nada caracterizadas que se encuentran en una célula típica ha dado lugar a una amplia variedad de técnicas. Los métodos basados en el ADN contribuyen de manera determinante a este esfuerzo y pueden suministrar información sobre los tres niveles (Nelson y Cox 2015).
Desde el marco del aprendizaje constructivista, las actividades que se desarrollarán en esta estrategia experimental, se sustentan en el aprendizaje por indagación, la aplicación de la técnica de microescala, del enfoque Ciencia, Tecnología, Sociedad y cuidado del Ambiente (CTS - A) y las TIC. Bajo este marco de enseñanza, se pretende promover la construcción de aprendizajes significativos, promover el desarrollo de habilidades y destrezas propias de las ciencias naturales, como la creatividad y capacidad de análisis crítico y reflexivo, la aplicación del método experimental, la búsqueda de información en textos y en lecturas de apoyo que se proporcionan a los alumnos, la participación individual y las exposiciones electrónicas en equipo, entre otras.
El manejo adecuado de materiales, equipos de laboratorio y de los residuos generados, para el cuidado del ambiente, son compromisos fundamentales a lograr en los estudiantes.
Actividad práctica actualizada 2017-2018. Técnico Académico: Manuel Becerril González.
PROPÓSITOS Y OBJETIVOS
Esta actividad cubre algunos aspectos de la Segunda Unidad ¿Cuál es la unidad estructural y funcional de los sistemas biológicos? Tema 2. Estructura y función celular. Moléculas presentes en las células. Ácidos nucleicos.
Que el alumno:
Identifique a las biomoléculas como componentes químicos de la célula.
PROBLEMAS O PREGUNTAS A RESOLVER A TRAVÉS DE LA ACTIVIDAD
EXPERIMENTAL.
¿Es factible observar el ADN de los seres vivos? ¿Todos los seres vivos tienen ADN?
¿Los vegetales tienen ADN?
¿Es factible extraer y precipitar el ADN en frutos?
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SUGERENCIA DE ACTIVIDAD PREVIA
Elabora un mapa conceptual sobre la estructura molecular del ADN
Investiga la historia de cómo se llegó a obtener la estructura molecular del ADN y los personajes que participaron en los hallazgos científicos.
Investiga sobre las posibilidades de extracción y precipitación del ADN en organismos animales y vegetales en el laboratorio.
MATERIAL NECESARIO PARA LA ACTIVIDAD
Material Sustancias
1 Motero con pistilo 15 mL de etanol frío 2 Vaso de precipitados de 250 mL 2 g de sal de mesa
1 Probeta de vidrio de 100 mL 10 mL de detergente líquido 1 Balanza electrónica o de tres brazos Agua destilada
1 Agitador de vidrio Hielo
1 Baño maría Acetorceína
1 Termómetro Naranja de acridina 1 Baño de hielo (cuba hidroneumática con agua y
hielos)
Papel filtro 1 Soporte universal con anillo metálico
1 Parrilla de calentamiento 1 Embudo de vidrio 1 Gradilla 3 Tubos de ensaye 1 Pipeta de 10 mL 1 Propipeta 1 Asa de siembra
1Microscopio compuesto de epifluorescencia 2 Portaobjetos
2 Cubreobjetos
2 Goteros o pipetas beral
Material Biológico
30 g de fresas y 30 g de manzana
ACTIVIDADES
El experimento consta de dos etapas, la primera corresponde a la extracción del ADN y su proteína asociada y la segunda, a la precipitación de esta molécula. Durante las 2 etapas, se harán observaciones a simple vista y con la ayuda del microscopio, a continuación se describirán las estructuras y sus características.
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1. Preparar un baño de agua y hielo, colocándolos en un recipiente a una profundidad de 5 a 8 cm. Coloca 3 mL de etanol frío en un vaso de precipitados de 100 mL dentro del baño de hielo.
2. Prepara la disolución de extracción de ADN: disuelve 2 g de sal en 90 mL de agua en un vaso de precipitados de 250 mL. Luego agrega 10 mL del detergente líquido y mueve suavemente con un agitador, evita que se forme espuma (ya que esta obstruye tus observaciones).
3. Pesa 30 g de fresas y 30 g de manzanas, luego aplástalos cada una por separado hasta tener un puré fino.
4. Coloca el puré de cada uno en un vaso de precipitados de 250 mL.
5. Vierte la disolución de extracción de ADN (preparada en el paso 2) sobre el puré de fresas y sobre el de manzanas, de forma que el volumen total de puré y líquido sea aproximadamente el doble del puré solo.
6. Prepara un baño maría de agua caliente (aproximadamente a 80°C), colocando agua hasta una profundidad de 5 cm. Revisa la temperatura con el termómetro y
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agrega agua fría hasta obtener una temperatura de 60°C. Coloca sobre una parrilla de calentamiento el baño, de manera que se pueda controlar la temperatura a 60°C. Si no se cuenta con parrilla tendrás que ajustarla con agua caliente cada 5 minutos.
7. Coloca el vaso de precipitados con el puré de chícharo y la disolución de extracción en el baño de agua caliente. Anota la hora de inicio.
8. Deja que cada contenido del vaso (puré de fresas y manzanas) incube en el baño de agua caliente por 10 minutos. Agita la disolución suavemente para distribuir el calor. La temperatura del baño no debe bajar de 50°C en ningún momento durante el periodo de incubación.
9. Después de 10 minutos transcurridos, transfiere el vaso que contiene el puré al baño de hielo. Déjalo reposar allí por 2 minutos, agita suavemente a medida que se enfría.
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Dispositivo de filtración
1. Mientras se enfría la mezcla de extracción se monta el dispositivo de filtración. Este consta de un embudo que se coloca sobre un anillo metálico fijo a un soporte universal, el tubo del embudo debe quedar sobre un tubo de ensaye, con el papel filtro doblado y humedecido. Recibir por cada filtrado en dos tubos de ensaye.
2. Colocar la mezcla de extracción fría en el embudo. Dejar que el líquido se filtre durante 2 minutos.
3. Los cuatro tubos de ensaye con el filtrado se dejan sin mover sobre una gradilla.
Precipitación del ADN
1. Con mucho cuidado, se deja escurrir por las paredes del tubo de ensayo 3 mL de etanol frío sobre cada filtrado. Se recomienda que el alcohol se agregue con la pipeta o con un gotero, procurando que resbalen las gotas por las paredes del tubo.
2. Coloca el tubo de ensaye en la gradilla y observa lo que sucede en el tubo de ensayen la interfase (zona) entre el alcohol y el filtrado. Dibuja y anota las observaciones en un cuadro como el que se ilustra más adelante.
3. Permite que la disolución repose por dos minutos, sin moverla. Después de 1 ó 2 minutos, se formará un precipitado blanco en la interfase con el alcohol. Éste es el ADN asociado a proteína y aparecen como una sustancia mucosa blanca.
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Preparaciones semipermanentes
Extrae con el asa de siembra el ADN y colócalo sobre un portaobjetos, agregar una gotita de colorante DAPI, después coloca el cubreobjetos y con un pañuelo desechable extrae por un lado del cubreobjetos el colorante sobrante. Observa en el microscopio óptico - epifluorescencia. Primero utiliza el objetivo de 10X y cuando ya tengas la imagen enfocada pasa al objetivo de 40X, se pueden tomar fotografías o video con el teléfono celular.
Uso de filtros del microscopio Colorante DAPI en manzana
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¡CON LAS IMÁGENES TAMBIÉN SE APRENDE! (Uso de las TIC)
Antes de iniciar la actividad práctica, recuerda que puedes hacer uso de tu celular para capturar fotografías (imágenes) o video, mismas que podrás utilizar para construir el Diagrama de bloques del procedimiento, el cual formará parte del reporte o informe de la actividad que vas a elaborar o de acuerdo a lo que tu profesor(a) consideré pertinente, también si lo deseas reunido con tu equipo de trabajo puedes elaborar una presentación en Power Point, Flash o Prezzi.
REGISTRO DE OBSERVACIONES, DATOS Y EVIDENCIAS PRÁCTICAS
Durante la actividad registra tus resultados en una tabla o cuadro, anota todas tus observaciones y resultados que te permitan apoyar tus análisis, discusión y conclusiones.
Tabla de registro de observaciones Tubo de ensayo Observación
a simple vista Observación al microscopio 10X Observación al microscopio 40X Comentarios 1. Fresa 2. Manzana
OBSERVACIONES Y EVIDENCIAS PRÁCTICAS
Dibuja o toma fotografías de tus observaciones realizadas de las preparaciones con los diversos objetivos del microscopio. No olvides mencionar el nombre de la muestra biológica que observaste, así como el aumento.
