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Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Libro de Texto Agosto 2021 – Enero 2022 Plantel: ___________________________________________ Nombre del Alumno: __________________________________ _________________________________________________ Carrera: __________________________________________ Semestre: _______ Grupo: ______ Biología Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Eje: Explica el comportamiento e interacciones en los sistemas químicos, biológicos, físicos y ecológico Componentes: Reproducción y continuidad de los sistemas vivos en el tiempo Contenido central: La reproducción celular Contenido específico: • ¿La muerte se presenta en células de cualquier sistema vivo? • ¿La reproducción celular de un sistema vivo cumple alguna función biológica? • ¿Qué pasaría si la reproducción celular no garantizara células similares a las de su origen? • El descontrol de la reproducción celular, ¿se puede catalogar como error del sistema celular? Si es así, ¿qué sucede con ese “error” de la reproducción celular de cualquier sistema vivo? • Ciclo celular, Interfase, Mitosis y Apoptosis. • Reproducción sexual y asexual. • Meiosis. • División celular sin control: cáncer y otras enfermedades. • ¿Cómo se modifica de manera artificial el ADN de un organismo en un sistema de laboratorio? • ¿Cuáles son las consecuencias de la modificación del ADN de los organismos? • Manipulación del ADN, aplicaciones y riegos. • Bioética. Aprendizajes esperados: Capítulo I. Reproducción celular Identifica las diferentes fases en las que puede dividirse la célula de los sistemas vivos. Distingue las diferentes etapas del ciclo celular en cualquier sistema vivo y sus características. Valora la importancia del ciclo celular para el mantenimiento de los sistemas vivos. Valora la importancia del ciclo celular para el mantenimiento de los sistemas vivos. Argumenta cuál es la problemática de salud actual con base en el conocimiento del ciclo celular y los “errores” de éste. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Capítulo II Emulando la naturaleza biológica en el laboratorio Interpreta los avances de la tecnología de manipulación de ADN a partir de las técnicas de manipulación genética. Comprende las consecuencias biológicas, éticas y sociales de la modificación genética de los organismos. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Índice Introducción .................................................................................................................................................. 1 Evaluación diagnóstica ............................................................................................................................... 1 Capítulo I Reproducción celular ................................................................................................................ 3 Identifica las diferentes fases en las que puede dividirse la célula de los sistemas vivos. ......... 3 Reproducción celular .......................................................................................................................... 3 La reproducción asexual .................................................................................................................... 3 Reproducción sexual........................................................................................................................... 7 Distingue las diferentes etapas del ciclo celular en cualquier sistema vivo y sus características. .......................................................................................................................................14 Ciclo celular ........................................................................................................................................14 Mitosis .................................................................................................................................................15 Meiosis o gametogénesis .................................................................................................................16 Espermatogénesis .............................................................................................................................19 Ovogénesis .........................................................................................................................................19 Muerte celular ....................................................................................................................................20 Valora la importancia del ciclo celular para el mantenimiento de los sistemas vivos. ...............22 ¿Qué pasaría si la reproducción celular no garantizara células similares a las de su origen? El descontrol de la reproducción celular, ¿Se puede catalogar como error del sistema celular? Si es así ¿Qué sucede con ese “error” de la reproducción celular de cualquier sistema vivo? ......................................................................................................................................22 División celular sin control, cáncer y otras enfermedades ..........................................................22 Argumenta cuál es la problemática de salud actual con base en el conocimiento del ciclo celular y los “errores” de éste. .............................................................................................................24 Capitulo II Emulando la naturaleza biológica en el laboratorio ..........................................................31 Interpreta los avances de la tecnología de manipulación de ADN a partir de las técnicas de manipulación genética. .....................................................................................................................31 Introducción a la genética ....................................................................................................................31 Estructura química y función de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) .........................................31 Replicación del ADN .........................................................................................................................33 Procesos para la síntesis de proteínas ..........................................................................................35 Interpreta los avances de la tecnología de manipulación de ADN a partir de las técnicas de manipulación genética. .........................................................................................................................39 ¿Cómo se recombina el ADN en la naturaleza? ..........................................................................40 La reproducción sexual recombina el ADN ...................................................................................40 file:///C:/Users/Villarino/Desktop/Biologia/Biología%202021/Libro%20en%20el%20formato%20P3%20Biología.docx%23_Toc78459153 Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche La transformación puede combinar el ADN de distintas especies de bacterias .....................40 ¿Para qué sirven los plásmidos? ....................................................................................................41 Técnicas empleadas para recombinar el ADN en el laboratorio ................................................41 Comprende las consecuencias biológicas, éticas y sociales de la modificación genética de los organismos. ................................................................................................................................................45 Bioética ................................................................................................................................................45 Ventajas y desventajas que aportan los alimentos transgénicos ..............................................46 ¿Cuáles son las consecuencias de la modificación del ADN de los organismos? .....................46 Pruebas de ADN ................................................................................................................................48 Vacunas ..............................................................................................................................................49 Medicina ..............................................................................................................................................50 Genómica, La Genética del siglo XXI .............................................................................................52 INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN ................................................................................................57 Bibliografía ..............................................................................................................................................61 Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Se debe integrar la idea de que el aprendizaje de las Ciencias implica, en muchos aspectos, la comprensión del ser humano; y, por lo tanto, la comprensión de uno mismo. Buscar preguntas y respuestas a necesidades humanas que se han ido formulando a lo largo de la historia. En el marco del Nuevo Modelo Educativo, tiene una importancia significativa la jerarquización de los contenidos académicos de la asignatura de Biología, con la cual se pretende el desarrollo del pensamiento científico y el favorecimiento de la concepción teórica a partir de casos prácticos de la vida cotidiana de los estudiantes. En este parcial se ven dos temas centrales: la reproducción celular y emulando la naturaleza biológica en el laboratorio, manejando las etapas o momentos de apertura, desarrollo y cierre Evaluación diagnóstica I. Subraya la respuesta correcta 1. Es una de las funciones principales de los seres vivos, permiten producir nuevos individuos de la misma especie a. Reproducción b. Crecimiento c. Fecundación d. Clonación 2. Es el tipo de células que no contiene núcleo a. Eucarionte b. Procarionte c. Unicelular d. Pluricelular Introducción Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche 3. ¿Cuál de las siguientes estructuras contiene los cromosomas? a. Núcleo b. Nucleolo c. Aparato de Golgi d. Centriolos 4. ¿Cuál de los siguientes organismos se reproduce de forma asexual? a. Perro b. Gato c. Amiba d. Manzana 5. Son las biomoléculas que portan la información genética a. ADN b. Proteínas c. Lípidos d. Carbohidratos 6. Es el proceso mediante el cual se reproducen células somáticas a. Gametogénesis b. Espermatogénesis c. Mitosis d. Meiosis 7. Es el número de cromosomas que tenemos los seres humanos a. 34 b. 36 c. 44 d. 46 8. ¿Cuál es la función del ARN? a. Transportar los lípidos al retículo b. Desintoxicar las celular c. Formar proteínas d. Aportar energía Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Capítulo I Reproducción celular Identifica las diferentes fases en las que puede dividirse la célula de los sistemas vivos. Reproducción celular Desde sus orígenes la literatura ha dado cuenta de fenómenos que han causado fascinación al ser humano inmortalizándolos en historias, muchas de las cuales han trascendido las fronteras del tiempo. En la mitología griega, por ejemplo, Hércules lucha contra una serpiente llamada Hidra, a la cual, cada vez que le cortaba una cabeza, le nacían dos; o el castigo de Zeus al titán Prometeo, por haber dado el fuego a los hombres, a quien un águila le devoraba el hígado diariamente, pues, debido a su inmortalidad, cada noche lo recuperaba. Por ello, Prometeo es un titán amigo y benefactor de la humanidad. Describe qué tienen en común las historias de estos dos personajes mitológicos con la reproducción y regeneración celular. Reflexiona a partir del siguiente cuestionario: a) ¿Consideras que el tipo de reproducción celular que ocurre en los personajes mencionados en la actividad anterior podría ocurrir en la realidad? ¿Por qué? b) ¿Alguna vez has visto cómo un árbol puede volver a crecer? ¿Qué proceso crees que hace esto posible? c) ¿Cómo explicas que las lagartijas regeneren su cola cuando la pierden? La reparación de los tejidos consiste en reparar células gastadas, que entran en el proceso de envejecimiento, o sufren algún daño o lesión; o bien, para regenerar las células muertas. Uno de los tejidos con alto índice de renovación y reparación es el tejido epitelial. La reproducción asexual Se lleva a cabo sin fecundación, es decir, sin la unión de óvulos y espermatozoides (gametos o células sexuales), ya que solo interviene un progenitor, es común en Para saber más Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche organismos unicelulares, tales como las bacterias o protozoarios, aunque también se presenta en hongos, algas, plantas y algunos animales Existen diversos tipos de reproducción asexual, entre las que encontramos las siguientes: Bipartición o fisión binaria La bipartición es el proceso de reproducción celular asexual mediante el cual, posterior a la replicación del material genético, una célula madre da origen a dos células hijas idénticas, este proceso se da en las bacterias, levaduras, protozoos y algas unicelulares Gemación. Proviene del latín, geminus, “gemelo”. Consiste en la formación de una yema o brote en el organismo progenitor para crear otro. Esta yema se separa de su progenitor y crecen hasta alcanzar el mismo el tamaño que el progenitor, en algunos casos la yema puede permanecer adherida al progenitor y dar inicio a una colonia. Se da tanto en plantas como en algunos hongos (como las levaduras), pero también en algunos animales como los corales, los gusanos planos y las medusas. Como todas las formas de reproducción asexual, poseen una mínima o nula variedad genética, es decir, crean individuos genéticamente idénticos al progenitor. Esporulación Consiste en una serie de divisiones del núcleo que se rodean de porciones de citoplasma y de membrana. Al romperse la membrana de la célula originaria quedan en libertad Ejemplo de bipartición de una amiba Gemación Esporulación en hongos Proceso de esporulación Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche numerosas células, llamadas esporas, se presenta en algunos protozoarios, también algunos hongos, musgos y helechos, se reproducen de esta forma Fragmentación o división múltiple Se da a partir de un fragmento o parte de una estructura del organismo progenitor, que es capaz, de reconstruir un organismo completo Una diferencia entre la fragmentación y otros tipos de reproducción asexual es que esta no requiere de la inversión de energía, caso contrario a la fisión o a la gemación. Las planarias y las estrellas de mar son ejemplos de organismos que se reproducen de esta forma Multiplicación vegetativa También llamada propagación vegetativa o regeneración vegetativa, es la reproducción de una planta a partir de una célula, un tejido o de órgano como las raíces, tallos, ramas, hojas; de la planta madre. Este tipo de reproducción de clasifica de las siguientes formas: a. Estaca o esqueje: Es un fragmento de tallo con yemas (o esqueje) de consistencia leñosa que se separa de un árbol o de un arbusto y se introduce en el suelo o en un sustrato para que arraigue en él y forme una nueva planta. b. Estolones: Son tallos de la planta que crecen en forma horizontal, contienen células embrionarias que al desarrollarse forman el nuevo individuo, sus tallos que crecen pegados al suelo muy cerca de él. Emite unas raíces llamadas adventicias, éstas se entierran en el suelo generando una planta hija; tenemos como ejemplo la fresa c. Rizomas: La palabra rizoma, proviene de una palabra griega que significa “raíz”. Un rizoma es un tipo de tallo que crece de manera subterránea y en sentido horizontal, dando lugar al surgimiento de brotes y raíces a través de sus nudos; tenemos como ejemplo el lirio d. Bulbos: Son órganos subterráneos de almacenamiento de nutrientes. Morfológicamente es una adaptación de las hojas al almacenamiento de sustancias de reserva, (engrosamiento de la vaina con transformación en Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche catáfilas), con modificaciones en el tallo (platillo o disco) y raíces adventicias, como ejemplo de este tipo de reproducción tenemos al ajo y el cebollín e. Tubérculos: Son tallos modificados y engrosados donde se acumulan sustancias de reserva, comúnmente almidón. La reproducción de este tipo de plantas se realiza utilizando en la plantación el mismo tubérculo, que posee yemas en la superficie capaces de rebrotar y originar nuevos ramas y raíces adventicias, tenemos como ejemplo a la papa a. Estaquilla o esqueje b. Reproducción por estolones en la fresa c. Reproducción por rizomas d. Reproducción por bulbos(ajo) e. Reproducción por bulbos (papa) Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Partenogénesis Tipo de reproducción asexual que consiste en el desarrollo de una célula reproductora (óvulo) hasta llegar a formarse un nuevo individuo, sin que se produzca fecundación como ocurre en ciertos crustáceos e insectos, algunos anfibios y reptiles, es muy raro en algunos peces Reproducción sexual La reproducción sexual en las plantas con semillas: En la reproducción sexual intervienen células especiales, los gametos. La unión de dos gametos, uno femenino y otro masculino, se denomina fecundación y da origen a una semilla que contiene un embrión que formará una nueva planta. Plantas con flor y fruto En las plantas con flor y fruto, las flores son los órganos sexuales. Sus partes o piezas cumplen distintas funciones. • Piezas protectoras. Protegen a las partes reproductoras de la flor. Las piezas protectoras más externas son los sépalos, unas pequeñas hojitas verdes. Luego, están los pétalos, más grandes y de colores más vistosos que los sépalos. • Piezas reproductoras. La parte masculina de la flor está representada por los estambres, formados por un filamento y una cápsula llamada antera. Allí, se producen los granos de polen que contienen los gametos masculinos. La parte femenina es el gineceo, con forma de botellita. En él se distinguen el estigma, que recibe los granos de polen, y el ovario, que contiene los óvulos. El transporte de los granos de polen hasta el estigma de una flor se llama polinización. Una vez en el estigma, el polen puede llegar al óvulo. Los agentes que intervienen en la polinización se llaman polinizadores, como el viento, el agua y ciertos animales. Ejemplo de partenogénesis en abejas Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Plantas sin flor ni fruto. También hay plantas que tienen semillas, pero que no poseen flor ni fruto. El fruto, que contiene y protege a las semillas, se forma a partir de una parte de las flores. En las plantas sin flores, no se forma el fruto. Por lo tanto, las semillas están “desnudas” porque no hay ninguna estructura que las proteja. A este grupo de plantas pertenecen las coníferas, como el abeto y el pino. Las plantas que no tienen flor ni fruto poseen estructuras reproductivas especiales, llamadas piñas o conos. Hay conos femeninos que producen óvulos y conos masculinos donde se producen los granos de polen. A diferencia de las flores, los conos están compuestos por escamas duras. No tienen ni estambres ni gineceo. Estas plantas son polinizadas por el viento, que transporta los granos de polen desde los conos masculinos hasta los femeninos, donde ocurre la fecundación. Se forma así una semilla que contiene el embrión que dará origen a una nueva planta. Las semillas y los frutos A partir del momento en que se produce la fecundación, ocurren algunos cambios en la flor. Los pétalos se marchitan y caen, el óvulo fecundado se convierte en la semilla que contiene al embrión y el ovario se transforma en el fruto que contiene y protege a la semilla. Los frutos, además de proteger a la semilla, contribuyen a su dispersión. De esta manera, las semillas pueden alejarse de la planta madre y llegar a un sitio adecuado para crecer y desarrollarse. Existen varias formas de dispersión: a través del viento, el agua y el pelo, las plumas o los excrementos de los animales. El embrión se encuentra dentro de la semilla como si estuviera dormido o en pausa; cuando llega a un suelo donde las condiciones son adecuadas, el embrión puede “despertar” y se desarrolla una nueva planta. Esto se llama germinación. En el siguiente esquema, podemos ver representado el ciclo de vida de una planta: Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche ¿Cómo se reproducen los animales? Los animales, como el resto de los seres vivos, se reproducen, de esta manera, se asegura la continuidad de la especie. Los animales se reproducen de distinta forma: en algunos casos, las crías nacen del cuerpo de la madre, en otros casos nacen de huevos Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Muchos animales cuando nacen parecen adultos en “miniatura”; en cambio, otros nacen con una forma muy diferente a la de los adultos y sufren una serie de cambios hasta adquirir la forma corporal del adulto. Este proceso se denomina metamorfosis y es característico de algunos insectos, los sapos y las ranas. Los animales se pueden reproducir, al igual que las plantas, de dos formas: asexual y sexual. La reproducción asexual. Los nuevos individuos se originan a partir de alguna parte del cuerpo de un organismo adulto. Los descendientes son idénticos al organismo que les dio origen, ya que solo tienen características que provienen de ese único progenitor. Muchos invertebrados se reproducen de esta forma como, por ejemplo, las planarias, las estrellas y las anémonas de mar, las hidras y los corales. (Visto con anterioridad Reproducción sexual Intervienen dos individuos, uno masculino y otro femenino, que originan estructuras sexuales o gametos. A partir de la unión o fecundación de un gametos masculino y femenino, se desarrolla un nuevo ser. Este no será idéntico a sus padres, sino que mostrará características de ambos. La mayoría de los animales, como las aves, las ballenas y los caballos, se reproducen de esta forma. La mayoría de los animales se reproducen de manera sexual. En los animales, los gametos femeninos se denominan óvulos y las masculinas, espermatozoides. Fecundación y desarrollo Como consecuencia de la fecundación, se forma un embrión que originará un nuevo ser. La fecundación puede ser de dos tipos: externa o interna. • Fecundación externa. La unión de los gametos (óvulos y espermatozoides) ocurre fuera del cuerpo de la hembra. Los óvulos y los espermatozoides son liberados en el agua, donde se produce la fecundación. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche • Fecundación interna. La unión de los gametos se produce dentro del cuerpo de la hembra. El macho deposita los espermatozoides dentro del cuerpo de la hembra durante el apareamiento o cópula. Los mamíferos, las aves, los reptiles, los insectos, los arácnidos y algunos peces tienen fecundación interna. El desarrollo embrionario es el conjunto de transformaciones que sufre el embrión desde el momento de la fecundación hasta su nacimiento. Puede ser interno o externo. Teniendo en cuenta el lugar en que ocurren la fecundación y el desarrollo del embrión, los animales se clasifican en ovulíparos, ovíparos, ovovivíparos o vivíparos. Los animales ovulíparos En los animales ovulíparos tanto la fecundación como el desarrollo embrionario son externos. Las hembras liberan sus óvulos en el agua y los machos esparcen sus espermatozoides sobre ellos. El embrión crece y se desarrolla en el agua, en un huevo sin cáscara. Los anfibios y muchos peces son ovulíparos. Los animales ovíparos En los animales ovíparos, en cambio, la fecundación es interna y el desarrollo embrionario es externo. El macho introduce los espermatozoides en el cuerpo de la hembra en el momento de la cópula. Los animales ovíparos se desarrollan dentro de un huevo con cáscara, que la hembra deposita luego de la fecundación. Las aves y la mayoría de los reptiles pertenecen a este grupo. Las aves se sientan sobre los huevos para darles el calor que los embriones necesitan para desarrollarse. Este cuidado se denomina incubación, y su duración depende de cada tipo de animal: por ejemplo, en los pingüinos es de 60 días y en las gallinas, de 21 días. Los embriones se desarrollan dentro del huevo hasta que están en condiciones de vivir en el ambiente. Entonces, “rompen el cascarón” y se produce el nacimiento. A este momento se lo conoce como eclosión. Fecundación Animales ovíparos Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Los animales ovovivíparos Los embriones de los animales ovovivíparos, al igual que los ovíparos, se desarrollan dentro de un huevo. Los huevos, luego de la fecundación (que es interna), permanecen dentro del cuerpo de la madre hasta que el embrión está completamente desarrollado. La eclosión, en algunos casos, se produce dentro del cuerpo de la hembra y en otros, inmediatamente después de que la madre libera el huevo. Muchos escorpiones, arañas, peces (algunos tiburones y rayas) y reptiles (serpientes boas y de cascabel) son ovovivíparos. El caballito de mar es otro ejemplo de animal ovovivíparo, sin embargo, el macho almacena los óvulos fecundados Los animales vivíparos En los animales vivíparos la fecundación es interna y los embriones se desarrollan en contacto directo con el cuerpo de la madre, del cual reciben oxígeno y alimento. Se dividen en dos grupos: marsupiales y placentarios. • Marsupiales. Estos animales nacen antes de estar completamente desarrollados y se alojan en una bolsa o marsupio que tiene la madre en el vientre. Allí, se alimentan de la leche materna hasta completar su desarrollo. • Placentarios. Se desarrollan por completo dentro del cuerpo materno, en una estructura llamada placenta, a través de la cual el embrión se alimenta, respira y elimina sus desechos. La mayoría de los mamíferos pertenece a este grupo, como los perros, los monos, los delfines y las ballenas, los elefantes y los osos. El tiempo desde la fecundación hasta que nace el nuevo ser se llama gestación. El caballito de mar, es un ejemplo de animal ovoviviparo El canguro y el koala, son ejemplos de marsupiales El gorila y el gato, son ejemplos de placentarios placentarios Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Actividad 1. Resuelve lo siguiente, colocando dentro del paréntesis una V, si el enunciado es verdadero o una F, si el enunciado es falso 1. El marsupial es un animal que se reproduce de forma sexual vivíparo y se le llama placentario ( ) 2. El caballito de mar es un animal ovíparo, pero el macho almacena los huevos fecundados ( ) 3. Las ranas son ejemplo de animales ovovivíparos ( ) 4. Las medusas y la mayoría de los peces se reproducen de forma asexual externa ( ) 5. Las ranas durante su crecimiento sufren una serie de transformaciones, hasta adquirir la forma corporal del adulto, a este proceso se le llama metamorfosis ( ) 6. Las abejas pueden ayudar a polinizar algunas plantas con flores, esto es un ejemplo de reproducción sexual ( ) 7. Un ejemplo de reproducción por partenogénesis se da en las abejas y consiste en la reproducción de hembras sin que exista fecundación ( ) 8. Los estolones, son tallos de la planta que crecen en forma horizontal, contienen células embrionarias que al desarrollarse forman el nuevo individuo, sus tallos que crecen pegados al suelo muy cerca de él.; tenemos como ejemplo la papa ( ) 9. El gusano planaria se reproduce por fragmentación ( ) 10. Los helechos se reproducen por esporas ( ) 11. La bipartición es el proceso mediante el cual, primero se divide el núcleo en dos partes, posteriormente se divide el citoplasma, generando dos células del mismo tamaño, es común en amibas ( ) 12. En la reproducción por fisión binaria, el núcleo se divide en dos, posteriormente se forma una yema y se separa el citoplasma en dos partes, se originan dos células una de menor tamaño que la otra ( ) Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Distingue las diferentes etapas del ciclo celular en cualquier sistema vivo y sus características. División celular: mitosis y meiosis La división celular hace referencia al proceso que permite generar nuevas células hijas a partir de una célula madre. Cuando las células se dividen posibilitan que el organismo crezca, se desarrolle o que genere un nuevo organismo. Las células eucariotas presentan dos mecanismos de división: la mitosis y la meiosis. La mitosis tiene lugar en células somáticas haploides o diploides y es el proceso mediante el cual los organismos pluricelulares crecen. Mientras que la meiosis es un mecanismo de división que únicamente tiene lugar en células eucariontes germinales diploides, permitiendo la formación de cuatro células haploides diferentes entre sí genéticamente, que dan lugar a los óvulos o espermatozoides, o a esporas, en el caso de los helechos. Ciclo celular Las células que se dividen pasan por un ciclo celular integrado por varias fases. La interfase es la etapa más larga del ciclo celular. Esta etapa se divide en varias fases: G1, S y G2. • Fase G1: Se caracteriza, porque la célula sintetiza proteínas y componentes moleculares, se nutre para su crecimiento y se prepara para entrar a la fase S (la letra G, proviene de la palabra inglesa Gap, que significa “intervalo” • Fase S: Se duplica el material genético, es decir, se sintetiza ADN, y se duplican los cromosomas, para que cada célula hija que se forme a partir de la mitosis pueda tener un juego de material genético exactamente igual al de la célula que le dio origen. (la letra de su nombre proviene de la palabra inglesa synthesis, que significa síntesis) • Fases G2, es similar a la G1, es la etapa donde el ADN o cromatina se encuentra activa, es decir, cuando se están realizando los procesos de transcripción y traducción de proteínas. La célula se prepara para la siguiente división celular La duración del ciclo celular varía en los diferentes tipos de células. En los mamíferos, se ha reportado que la G1, dura aproximadamente cinco horas, la fase S, siete horas, la G2 tres horas y la mitosis, una hora La mitosis es una de las fases del ciclo celular que comprende el proceso de división celular. Para que ésta concluya es necesario que tenga lugar la citocinesis, situación donde la membrana celular penetra en el citoplasma y lo divide en dos partes iguales. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Mitosis La mitosis es el proceso mediante el cual la célula se divide en dos células hijas idénticas (con el mismo número de cromosomas). Este proceso sucede en células somáticas del cuerpo a lo largo de cuatro etapas en las cuales hay división nuclear o cariocinesis, y división del citoplasma. Las cuatro fases se describen a continuación: 1. Profase. En esta etapa los centriolos se van a los polos, se forma el huso acromático, el núcleo se desintegra y los cromosomas se hacen visibles. 2. Metafase. Los cromosomas duplicados, o sea, las cromátidas hermanas se mueven hacia la mitad de la célula. 3. Anafase. Los cromosomas se separan a través de sus centrómeros al igual que las cromátidas hermanas; después, los cromosomas formados por una sola cromática migran a los polos de la célula. Esta fase es la de menor duración en la división celular. 4. Telofase. Es la última fase y la más larga, pues durante ella desaparece el huso acromático, los dos núcleos hijos se forman y la cromatina aparece otra vez. Al final de la telofase se divide el citoplasma por el proceso llamado citocinesis, lo que da como resultado dos células hijas idénticas con el mismo número de cromosomas. En el caso de los humanos, las células somáticas tienen 46 cromosomas, por lo que las células hijas tendrán el mismo número. Como ejemplo de reproducción por mitosis, tenemos: regeneración de tejido como consecuencia de una cirugía, crecimiento embrionario y el reemplazo parcial de la cola de una lagartija Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Meiosis o gametogénesis La meiosis es un tipo de división celular que tiene lugar en células germinales(2n) que originan cuatro células hijas(n), con un sólo juego de cromosomas cada una. En el caso de las células humanas, cada óvulo o espermatozoide contiene sólo 23 cromosomas. En animales, a los procesos meiótico o de gametogénesis que dan lugar a los óvulos y espermatozoides se les conoce como ovogénesis y espermatogénesis, respectivamente. La meiosis se compone de una primera división meiótica (profase I, metafase I, anafase I y telofase I) y una segunda división (profase II, metafase II, anafase II y telofase II). Ambas se describen a continuación. Primera división meiótica Profase I. Las hebras de cromatina se acortan y engrosan haciéndose visibles como cromosomas. Cada cromosoma consta de dos cromátidas idénticas unidas a nivel del centrómero. Cada cromosoma se une a su homólogo formando pares; cada par de cromosomas homólogos tiene cuatro cromátidas, por tanto, al conjunto se le denomina tétrada. Las cromátidas de una tétrada frecuentemente se entrelazan formando cruces o puntos de unión llamados quiasmas; donde las cromátidas intercambian entre ellas segmentos de ADN, lo cual se conoce como entrecruzamiento. En los puntos donde hay entrecruzamiento, un fragmento de cromátida de un homólogo se rompe y se intercambia por un fragmento de cromátida del otro homólogo, por ello, las cromátidas hermanas de cada cromosoma homólogo dejan de ser genéticamente idénticas. El entrecruzamiento Mitosis Citocinesis Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche es un mecanismo crucial para el proceso evolutivo. También, durante la profase, desaparece la membrana nuclear y el nucleolo, y se forma el huso mitótico. Metafase I. Los cromosomas se van al ecuador de la célula. Anafase I. Los cromosomas homólogos se separan y se van a los polos (la mitad a un polo y la otra mitad al polo opuesto). Telofase I. Desaparece el huso acromático, el núcleo de cada célula hija se forma y reaparece la cromatina. Ocurre la citocinesis o división del citoplasma, que da origen a dos células hijas diploides, cuyo material genético ya no es idéntico a las células originales, pues ha ocurrido el intercambio de genes (crossingover). Después de esta fase ocurre la siguiente división meiótica Segunda división meiótica Profase II. En cada una de las células, el núcleo se desintegra, se forma el huso acromático y los cromosomas se hacen visibles. Metafase II. Los cromosomas se colocan en el ecuador de la célula. Anafase II. Los cromosomas se dividen en dos cromátidas a través de su centrómero, y se dirigen a polos opuestos de la célula. Telofase II. Cada célula se divide, dando origen a dos células haploides cada una (con un juego de cromosomas con una sola cromátida). Posterior a esta etapa ocurre la interfase Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Espermatogénesis Al proceso de generación de gametos masculinos (espermatozoides), en los órganos sexuales del hombre, se le llama espermatogénesis, y se puede resumir como sigue: Los túbulos seminíferos, localizados en los testículos, contienen las células llamadas espermatogonias que, desde el embrión y durante la infancia se reproducen por mitosis; posteriormente, durante la pubertad, darán origen a los espermatozoides, así como las células de Sertoli, que nutren y dan sostén a los espermatozoides. La espermatogénesis se puede resumir en los siguientes pasos: 1. Las espermatogonias son las células diploides (con 44 autosomas y dos cromosomas sexuales, X y Y) que se encuentran en la primera etapa de la espermatogénesis sin diferenciarse. 2. Cuando las espermatogonias se diferencian, dan lugar a los espermatocitos primarios. 3. Los espermatocitos primarios entran a la primera división meiótica, dando lugar a células con 23 pares de cromosomas. 4. Los espermatocitos secundarios sufren la segunda división meiótica, dando origen a los espermátidas haploides (con 22 autosomas y un cromosoma sexual X o Y). 5. A su vez, los espermátidas se diferencian hasta dar lugar a los gametos masculinos, es decir, los espermatozoides. El proceso por el cual una espermatogonia se diferencia hasta finalmente producir espermatozoides tiene una duración de 74 días, aproximadamente. Cabe mencionar que este proceso inicia en la pubertad. Ovogénesis Proceso por el cual se generan los óvulos dentro del aparato reproductor femenino; aunque, en realidad, los ovocitos primarios se forman desde el primer trimestre del desarrollo fetal, aproximadamente dos millones en cada ovario y al alcanzar la pubertad, la mujer cuenta con 400 o 300 mil óvulos que se encuentran en la profase I de la primera división meiótica, los cuales permanecen así hasta su maduración en cada ciclo menstrual. Las células foliculares, además de producir estrógenos, nutren al ovocito en crecimiento. El proceso de la ovogénesis se puede dividir en los siguientes pasos: 1. Las ovogonias se dividen por mitosis hasta dar lugar a los ovocitos primarios. Las ovogonias no se vuelven a formar ni se conservan después del tercer mes del desarrollo embrionario. 2. Los ovocitos recién formados, es decir, los primarios, inician la primera división meiótica, pero se detienen en la profase I de la meiosis I. Los ovocitos se desarrollan dentro de los ovarios. 1. La primera división meiótica termina un poco antes de la ovulación, por lo que el ovocito primario da lugar al ovocito secundario y a un cuerpo polar que no es funcional. 2. El ovocito secundario da lugar al óvulo y a un cuerpo polar. La segunda división meiótica llega hasta el final en las trompas de Falopio, siempre y cuando el óvulo sea fecundado. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche En conclusión, la diferencia entre la espermatogénesis y la ovogénesis radica en que mientras la primera origina cuatro espermatozoides viables, la segunda, tres cuerpos polares y un solo óvulo que puede ser fecundado Muerte celular Todas las células cumplen con su ciclo de vida como todos los seres vivos: nacen, crecen, se reproducen y mueren. Ya vimos como nacen, crecen y se reproducen, ahora veremos cómo mueren Existen dos formas en las cuales puede suceder: a. Apoptosis: Las células de todos los sistemas cumplen con un ciclo vital, cumplen con un ciclo vital, cuentan con un período para realizar sus funciones y cuando este concluye se, se desarrollan varios procesos bioquímicos que conducen a la muerte celular programada, a este proceso se le conoce como apoptosis y lo realizan la mayoría de las células. El número de células en los diferentes tejidos, está determinado por un balance entre la formación de células nuevas y la muerte de células agotadas o seniles. Este mecanismo se produce a un ritmo regulado, según la tasa de relación entre y muerte celular que varía de un tejido a otro Espermatogénesis Ovogénesis Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche b. Necrosis: Es la muerte prematura de las células que se produce como consecuencia de una lesión celular masiva. La necrosis ocurre de manera aguda, por una forma no fisiológica, mediante una lesión que causa agresión en una porción importante de las células El proceso de necrosis es desencadenado por toxinas o agentes nocivos: hipoxia severa, insuficiente aporte de oxígeno a través de la sangre, radiación ionizante, agresiones químicas, físicas o mecánicas, infecciones de agresión masiva y cualquier otra condición que genere caída de ATP. Estos factores producen cambios histológicos, como desorganización del citoplasma, dilatación del retículo endoplásmico y las mitocondrias. Debido a la ruptura de la membrana, el contenido del citoplasma celular, sale al espacio extracelular, lo que atrae células inmunes al área y genera un proceso de inflamación, durante el cual los restos celulares son eliminados por fagocitosis. Este proceso inflamatorio rodea a las células muertas y sirve al organismo para remplazar los tejidos dañados con tejidos cicatrizados Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Evidencia 1. En equipos de 4 integrantes realiza unas diapositivas para ilustrar, clasificar y relacionar las características de las etapas del ciclo celular de células somáticas y gametos, guíate del instrumento de evaluación que se encuentra al final Valora la importancia del ciclo celular para el mantenimiento de los sistemas vivos. Como sabes, el tercer postulado de la teoría celular, propuesto por Rudolf Virchow, afirma que todas las células provienen de células predecesoras. Por ello, cuando una célula se divide para dar paso a otra (u otras), se trasmite con ella la información genética del organismo que le dio origen. Es de este modo como se perpetúan los rasgos hereditarios ¿Qué pasaría si la reproducción celular no garantizara células similares a las de su origen? El descontrol de la reproducción celular, ¿Se puede catalogar como error del sistema celular? Si es así ¿Qué sucede con ese “error” de la reproducción celular de cualquier sistema vivo? De no existir el ciclo celular, los organismos vivos no podrían crecer, desarrollarse, regenerar sus tejidos ni reproducirse. Las funciones de los seres vivos que dependen del ciclo celular pueden resumirse en: Embriogénesis: las divisiones sucesivas del cigoto para formar la mórula, blástula, gástrula y embrión, dependen de un proceso activo de división celular. Formación de tejidos: implica la capacidad de una célula de dividirse y diferenciarse para formar tejidos estructurales y funcionales específicos. Organogénesis: o formación de órganos a partir de tejidos diferenciados. Crecimiento y desarrollo: necesario en los seres vivos para cumplir una de sus funciones. Regeneración de tejidos: siendo esta la capacidad de reponer un tejido dañado. División celular sin control, cáncer y otras enfermedades Cabe destacar que el conocimiento del ciclo celular permite entender y prevenir enfermedades como el cáncer, producidas por alteraciones de dicho ciclo. Entre las funciones de la célula, está la síntesis de nuevos tejidos y la reparación de los tejidos dañados, además de la sustitución de las células que han completado su ciclo vital. Y para esto se requiere la división celular adecuada. Una vez madura, diferenciada, y cumpliendo su función, debe mantener un equilibrio entre la división celular necesaria para producir nuevas células y la eliminación de las dañadas o muertas. Cuando este control se pierde, la división y producción de células se descontrola, de tal manera que puede producir enfermedades en el organismo. incluso, la formación de tumores o el cáncer están relacionadas con el proceso de división celular exagerada o descontrolada, por ejemplo, el cáncer. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Si las células tumorales forman una masa única y no proliferan en otros sitios del cuerpo, se dice que el tumor es benigno. Este tipo de tumores son extirpados quirúrgicamente o tratados mediante quimioterapia (entre otras técnicas), lo que detiene su crecimiento, e incluso se reduce de tamaño. Cuando las células del tumor tienen la capacidad de migrar, es decir, de invadir otros tejidos (metástasis), entonces se trata de un tumor maligno o cáncer. Un tipo de genes llamados oncogenes se pueden activar en un momento dado y contribuir a originar el cáncer. El cáncer es un grupo de enfermedades caracterizadas por un crecimiento celular descontrolado. El cáncer empieza cuando una única célula muta, y se alteran los controles de regulación que mantienen a la división celular en correcto funcionamiento. Estas mutaciones pueden ser heredadas, causadas por errores en la replicación del ADN, o el resultado de la exposición a sustancias químicas nocivas. Un tumor canceroso puede propagarse a otras partes del cuerpo y, si no se trata, puede ser fatal. El cáncer no es realmente una enfermedad, sino un grupo de enfermedades, y lo que tienen en común es el crecimiento celular descontrolado. El cáncer comienza normalmente en el cuerpo muchos, muchos años antes de que su médico lo diagnostique. Empieza cuando una célula determinada sufre suficientes mutaciones genéticas como para provocar una ruptura de los procesos normales que mantienen a la división celular bajo control. Dicho de una manera simple, las células se vuelven locas y no paran de dividirse una y otra y otra vez de forma descontrolada, hasta terminar causando un tumor. Las mutaciones pueden ser heredadas. Es decir, podrían estar ya presentes en el ADN de su madre o de su padre. También pueden ser causadas por errores en la replicación del ADN, ya que la maquinaria de la célula responsable de la duplicación no siempre funciona perfectamente. También pueden ser debidas a la exposición a productos químicos peligrosos, a los que usted fue expuesto quizás cuando era un niño y ni usted ni su familia tiene ningún recuerdo. Un tumor canceroso puede propagarse a otras partes del cuerpo, en un proceso que se llama metástasis y en general, si no es tratado, el cáncer termina a menudo siendo mortal. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Argumenta cuál es la problemática de salud actual con base en el conocimiento del ciclo celular y los “errores” de éste. Factores de riesgo de cáncer El motivo por el que una persona desarrolla un cáncer no se conoce, pero sí se han investigado algunos de los factores que pueden aumentar el riesgo de desarrollarlo, lo que se conoce como factores de riesgo. Los distintos tipos de cáncer tienen diferentes factores de riesgo. Algunos se pueden modificar, como fumar, mientras que otros no son modificables como la edad o los antecedentes familiares. Sin embargo, tener un factor de riesgo, o incluso varios, no significa tener la enfermedad. Además, muchas personas tienen cáncer sin tener ningún factor de riesgo conocido. Entre los factores de riesgo podemos mencionar los siguientes: Tabaco. El tabaco es la causa principal de cáncer y de muerte. No existen niveles seguros de consumo de tabaco. Se han identificado más de 4.000 sustancias nocivas en el humo del cigarrillo, de las que 60 son probablemente cancerígenas. Entre las más importantes están el alquitrán y el benceno (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Está Un factor de riesgo es cualquier característica personal o hábito, factor hereditario o exposición ambiental que incrementa la probabilidad de desarrollar una enfermedad. Hay también ciertos factores que están relacionados con un riesgo menor de cáncer. Estos factores se llaman factores protectores o factores de protección. Inicio del cáncer Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche asociado con al menos 19 tipos de cáncer, entre los más frecuentes: el cáncer de pulmón, el de vejiga urinaria y el de mucosa oral. Alcohol. Beber alcohol puede aumentar el riesgo de cáncer de boca, de garganta, de esófago, de laringe, de hígado y de cáncer de mama. El consumo de alcohol, incluso en cantidades moderadas, es un factor de riesgo. Cuanto más alcohol se consuma, mayor es el riesgo. Luz solar. La exposición frecuente e intensa a la radiación ultravioleta (UV), ya sea del sol o de tipo artificial (lámparas de rayos UVA) es el factor principal de riesgo ambiental para el cáncer de piel. Se ha demostrado que las quemaduras solares repetidas y graves (quemaduras solares que producen ampollas), especialmente en la infancia, aumentan el riesgo de desarrollar un cáncer. Obesidad. Las personas con sobrepeso u obesidad pueden tener un mayor riesgo de tener diferentes tipos de cáncer como el cáncer de mama, cáncer de colon, cáncer de recto, cáncer de endometrio, de esófago, de riñón, de páncreas y de vesícula biliar. Por el contrario, seguir una alimentación saludable, practicar actividad física y mantener un peso saludable puede reducir el riesgo de algunos cánceres y de otras enfermedades como la diabetes, la hipertensión arterial o una cardiopatía isquémica. Alimentación. Existe un nexo entre el sobrepeso y la obesidad y muchos tipos de cáncer como el de esófago, el cáncer de colon y recto, el cáncer de mama, de endometrio y de riñón. Las dietas ricas en frutas y hortalizas pueden tener un efecto de protección contra muchos tipos de cáncer. Por el contrario, el consumo excesivo de carnes rojas y procesadas está asociado a un mayor riesgo de contraer cáncer colorrectal. Además, unos hábitos alimentarios saludables, no solo previenen algunos tipos de cáncer, sino también contribuyen a reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares. Sexo sin protección. El virus del papiloma humano (VPH) es una enfermedad de transmisión sexual (ETS) muy común. En la mayoría de los casos, el VPH desaparece solo. Pero algunos tipos de VPH pueden causar ciertos tipos de cáncer Otros factores de riesgo son: Edad. El cáncer puede manifestarse a cualquier edad, no es una enfermedad exclusiva de adultos. En general, el cáncer puede tardar años en manifestarse y, por este motivo, Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche la mayoría de las personas con diagnóstico de cáncer tienen 65 años o más. En consecuencia, envejecer es un factor de riesgo muy importante de cáncer. Infecciones. Ciertos gérmenes, pueden causar cáncer o aumentar el riesgo de tenerlo, debido a su capacidad para interrumpir las señales que controlan el crecimiento y la proliferación celular, debilitar el sistema inmunitario o provocar inflamación crónica. Entre estas infecciones destacan: la infección por el virus de la hepatitis B y C, que está relacionada con el desarrollo del cáncer hepático; la infección por el virus del papiloma humano (VPH), asociado con un riesgo aumentado de cáncer de cuello uterino, así como con los tumores de vulva, de vagina, de pene, del canal anal, de boca y de garganta. El virus Epstein-Barr, se asocia con el carcinoma de nasofaringe y el linfoma de Burkitt. La bacteria Helicobacter pylori, que se asocia con un incremento del riesgo de aparición de un cáncer de estómago. Infecciones por parásitos como el Schistosoma haematobium se han relacionado con un mayor riesgo de cáncer de vejiga; y la infección por Opisthorchis viverrini se ha asociado con la incidencia de cáncer hepático. Hormonas. Las hormonas, pese a ser esenciales en algunas funciones fisiológicas, tanto en mujeres como en hombres, juegan un papel importante en tres tipos de cáncer muy comunes: el cáncer de mama, el cáncer de ovarios y el cáncer de próstata. Estas sustancias químicas pueden estimular a los tumores en tejidos sensibles a hormonas y hacer más rápida la progresión de la enfermedad, o bien facilitar su reaparición una vez que el tumor ha entrado en remisión. Inflamación crónica. La inflamación es la respuesta del organismo a una agresión, ya sea una infección, una herida o la acción de una sustancia tóxica. En la inflamación crónica, el proceso inflamatorio puede empezar aun cuando no hay lesión, y no terminar cuando debe. La inflamación crónica puede ser causada por infecciones que no desaparecen, por reacciones inmunitarias anormales o por estados como la obesidad. Con el tiempo, la inflamación crónica puede dañar el ADN y producir cáncer. Las personas que tienen una enfermedad intestinal inflamatoria crónica, como la colitis ulcerosa o la enfermedad de Crohn, tienen un mayor riesgo de desarrollar cáncer de colon. Inmunosupresión. Algunos fármacos, enfermedades del sistema inmunitario y algunas infecciones (como el VIH), hacen que el sistema inmunitario tenga menos capacidad de detectar y destruir las células cancerosas o de combatir las infecciones que causan cáncer. Radiación. La radiación de ciertas longitudes de onda, llamada radiación ionizante, tiene suficiente energía para dañar el ADN y causar cáncer. La radiación ionizante incluye radiación ultravioleta (UV), radón, rayos X y otras formas de radiación de alta energía. Las formas de radiación de energía más baja, no ionizante, como la luz visible y los móviles o los campos magnéticos no dañan el ADN y no se ha demostrado que causen cáncer. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Sustancias en el ambiente. Ciertas sustancias químicas industriales, del hogar o el lugar de trabajo se vinculan al cáncer. La contaminación atmosférica está asociada con el cáncer de pulmón, el de riñón, el de vejiga y el cáncer colorrectal. Antecedentes familiares. Solo una pequeña parte de los casos de cáncer se deben a un trastorno hereditario. Si el cáncer es frecuente en la familia, es posible que haya mutaciones que pasen de una generación a la siguiente. Debe valorarse de forma individual la necesidad de análisis genéticos para determinar si existen mutaciones hereditarias que aumenten el riesgo de tener determinados tipos de cáncer. Entre los tipos de cáncer, podemos mencionar los siguientes: 1. La leucemia, una enfermedad que ocurre en la médula ósea, es un tipo de cáncer relacionado con una producción exagerada de glóbulos blancos o leucocitos capaz de desplazar o interferir con la producción de otras células de la sangre. En el caso de la leucemia, las células alteradas son capaces de invadir otros órganos y sistemas, afectando su función. 2. Los linfomas, implican la división exagerada de linfocitos, células que están relacionadas con el sistema de defensa o inmunitario del organismo, afectando todas las estructuras del sistema linfático, inclusive los ganglios, produciendo fallas en el sistema inmunitario, o, al igual que en el caso de las leucemias, invadir otros órganos y entorpecer su función. 3. El cáncer de mama, en donde las células propias del tejido mamario (Carcinoma ductal, carcinoma lobulillar) producen tumoraciones que, al alcanzar cierto tamaño pueden extenderse a otras partes del cuerpo (metástasis) 4. Cáncer de pulmón, se diferencian dos tipos, cáncer de células pequeñas, y cáncer diferente al de células pequeñas. Aplica el principio de la producción del cáncer: Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche división exagerada de células pulmonares, afectación de la función respiratoria, e invasión a otros órganos. 5. Cáncer del sistema nervioso: Los tumores cerebrales se agrupan según su ubicación dentro del cerebro y el tipo de células cerebrales, de las cuales se origina el cáncer: Meduloblastoma: Es un tumor que se presenta en niños, pero también en personas jóvenes y adolescentes. Generalmente se aloja entre el tallo cerebral y el cerebro, lo que dificulta mucho su extirpación. Se desconoce su causa, pero sus síntomas son dolor de cabeza, náuseas, vómitos, mareos, pérdida del equilibrio, somnolencia, pérdida de energía y modificación de la conducta. Se detecta con tomografía y resonancia magnética 6. Cáncer en los huesos a. Osteosarcoma: se desarrolla en los huesos del crecimiento, por lo general entre los 10 y 25 años de edad b. Condrosarcoma: comienza en el cartílago y, por lo general se da después de los 50 años de edad c. Sarcoma de Edwin: Da inicio en el tejido nervioso de la médula ósea de las personas jóvenes, con frecuencia después de un tratamiento de radiación o quimioterapia. El síntoma principal del cáncer de hueso, es el dolor. Los tratamientos van desde la radiación o quimioterapia, hasta la amputación 7. Cáncer de piel: La palabra melanoma, se refiere a un grupo de tumores cancerosos que afectan a la piel. Los cánceres de piel, están formados por melanocitos, células que producen melanina, que es el pigmento que colorea la piel, el pelo y el iris. El melanoma se puede extender y dar lugar a otro tipo de tumores en otras partes del cuerpo. El melanoma se desarrolla principalmente en áreas de la piel expuestas al sol y se puede manifestar en cambios de textura y tamaño de la piel o en forma de un lunar. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche 8. La Psoriasis, aunque no es un cáncer, implica también un defecto de la producción celular; en este caso, las células del epitelio que recubre la piel tienen una división exagerada, mayor a la descamación o eliminación de las células muertas, produciendo el tipo de lesión áspera y gruesa (hiperqueratosis) característica de esta enfermedad Actividad 2. Resuelve el siguiente crucigrama Nombre del alumno: ___________________________________________________ Semestre, especialidad y grupo: _________________________________________ TEMA: División celular sin control, cáncer y otras enfermedades 1. Es el factor de riesgo, que puede producir mayor número de personas con cáncer, entre los más frecuentes aparecen el cáncer de pulmón, de vejiga urinaria y mucosa oral 2. Así se les llama a los genes que contribuyen a originar algún tipo de cáncer 3. Es una de las funciones de los seres vivos, que dependen del ciclo celular, aquí un cigoto se transforma en mórula, blástula, embrión, hasta forma un organismo completo 4. Es un tipo de cáncer en el que se incrementa la producción de leucocitos 5. Es el proceso que hace que el ADN, cambie sus estructura o forma, lo cual puede propiciar una primera célula cancerosa 6. Es el tipo de cáncer que inicia en los cartílagos y puede aparecer con mayor frecuencia después de los 50 años de edad 7. Así se le llama al grupo de enfermedades caracterizadas por un crecimiento celular descontrolado 8. Es el factor principal de riesgo, para el cáncer de piel 9. Es un proceso que se da cuando las células de un tumor, tienen la capacidad de invadir otros tejidos 10. Se refiere a un grupo de tumores cancerosas que aparecen en la piel (singular) 11. Si las células tumorales forman una masa única y no proliferan en otros sitios del cuerpo, se dice que el tumor es 12. Son las siglas del virus que se trasmite por tener relaciones sexuales sin protección, puede provocar algún tipo de cáncer 13. Es una alteración del ciclo celular, donde se produce la hiperqueratosis Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche 1 3 2 4 6 5 7 8 9 10 11 12 13 Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Capitulo II Emulando la naturaleza biológica en el laboratorio Interpreta los avances de la tecnología de manipulación de ADN a partir de las técnicas de manipulación genética. Introducción a la genética Para empezar, hay que decir que la genética es la disciplina que estudia la herencia; de modo que su estudio y análisis es importante en muchos ámbitos de la sociedad, por ejemplo, la medicina, la agricultura, la industria, entre otros. Recordemos que el material genético se encuentra en todos los seres vivos y en casi todas las células de nuestro cuerpo. En el caso de las bacterias (organismos procariotas), éstas no cuentan con una membrana que cubra el material genético, mismo que se encuentra en una región llamada nucleoide. En el caso de los organismos eucarióticos, sí cuentan con una membrana nuclear que envuelve la información hereditaria. En ambos tipos de organismos, este material genético está a cargo de regular todas funciones que se requieren para la vida. Por lo tanto, si existe algún defecto, seguramente éste se debe a un cambio en la secuencia de nucleótidos de la cadena de ADN (ácido desoxirribonucleico), a un error en la transcripción de ADN a ARN (ácido ribonucleico) o a una falla en la duplicación del mismo ADN al momento de realizar la división celular. Debido a estas fallas, muchos científicos realizan investigaciones con el fin de comprender qué es lo que sucede a escala submicroscópica, y no sólo eso, sino para encontrar alternativas que permitan intervenir en muchas enfermedades (algunas de ellas mortales) que tienen un origen genético y son heredadas de padres a hijos. Estructura química y función de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) Los ácidos nucleicos son compuestos orgánicos constituidos por unidades llamadas nucleótidos, cuya función principal es transmitir las características hereditarias con alta fidelidad de una generación a otra. Existen dos tipos: ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA, por sus siglas en inglés) y ácido ribonucleico (ARN o RNA, por sus siglas en inglés). Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche El ácido desoxirribonucleico (ADN) constituye las unidades de herencia conocidas como genes. Como ya mencionamos, el ADN está constituido por unidades llamadas nucleótidos, que a su vez están formados por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos llamada desoxirribosa y una base nitrogenada. Asimismo, existen dos tipos de bases nitrogenadas llamadas púricas (es decir, derivadas de la purina, con dos anillos heterocíclicos) que son la adenina y guanina; las otras son pirimídicas (derivadas de la pirimidina, que tiene en su estructura un solo anillo), conocidas como timina y citosina. Erwin Chargaff analizó las bases nitrogenadas de ADN de diversas especies y descubrió que en todos los casos A = T y que G = C (purinas es igual a pirmidinas). Esta se conoce como la Ley de Chargaff. Ahora bien, el ADN se localiza en el núcleo, pero también lo encontramos en las mitocondrias y los cloroplastos en forma de doble hélice en las células eucarióticas. Sus principales funciones son las siguientes: 1. Transmitir las características hereditarias. 2. Duplicarse o replicarse a sí mismo. 3. Transcribir al ARN. 4. Dirigir la síntesis de proteínas. 5. Dirigir el metabolismo celular. 6. Dirigir la división celular. Estructura del ADN y ARN En la estructura del ADN, de la parte izquierda se une la desoxirribosa con el fosfato en el carbono 5-3 y por la parte derecha se une en carbono 3-5 Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche El ácido ribonucleico está constituido por una sola cadena de nucleótidos; a su vez, cada nucleótido está formado por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos llamada ribosa y una base nitrogenada. Las bases púricas pueden ser adenina y guanina, y las pirimídicas citosina y uracilo. Ahora bien, los tipos de ARN que participan en la síntesis de proteínas son: 1. ARN mensajero (ARNm). Su función es llevar la información del ADN desde el núcleo hasta los ribosomas. 2. ARN de transferencia (ARNt). Transporta los aminoácidos desde el citoplasma a los ribosomas. 3. ARN ribosomal (ARNr). Su función es lograr la síntesis de proteínas con ayuda de los otros dos Procesos importantes del ADN Replicación del ADN El proceso de replicación o duplicación es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica, se realiza en la fase S del ciclo celular). De esta manera, de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "réplicas" de la primera y la última. Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservador, lo que indica que los dos polímeros complementarios del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original. Gracias a la complementación entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético. El proceso se lleva de la siguiente forma: Nucleótidos (están formados por una base nitrogenada (Adenina, Guanina, Citocina, Timina o Uracilo), un azúcar de 5 carbonos (pentosa) y un fosfato Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Las cadenas de ADN están unidas por puentes de hidrógeno, que se deben romper para facilitar la separación de las cadenas para ser copiadas, esta separación la lleva a cabo las enzimas helicasas. Como el desenrollamiento de la doble hélice da lugar a superenrollamientos en el resto de la molécula, capaces de detener el proceso, se hace preciso la presencia de las enzimas topoisomerasas que eliminen las tensiones en la fibra. A continuación, para evitar que las dos hebras vuelvan a reunirse y formar los puentes de hidrógeno se colocan unas proteínas llamadas SSB (Single-Strand DNA Binding proteins), que estabilizan las cadenas sencillas. El proceso es bidireccional, es decir, hay una helicasa trabajando en un sentido y otra trabajando en sentido opuesto. Se forman pues las llamadas burbujas u ojos de replicación. Como ninguna ADN-polimerasa puede actuar sin cebador, interviene primero una ARN polimerasa (primasa) que, si lo puede hacer, sintetiza un corto fragmento de ARN de unos 10 nucleótidos denominado primer que actúa como cebador. Después interviene la ADN polimerasa III, que a partir de este cebador comienza a sintetizar en dirección 5’a 3’ una hebra de ADN partir de nucleótidos trifosfato. La energía necesaria para el proceso es aportada por los propios nucleótidos que pierden dos de sus fósforos. Esta nueva hebra se sintetiza en el sentido que se abre la horquilla de replicación, es de crecimiento continuo y se denomina hebra conductora. Sobre la otra hebra (hebra discontinua o retardada) la ARN polimerasa sintetiza unos 40 nucleótidos de ARN en un punto que dista unos 1.000 nucleótidos de la señal de iniciación. A partir de ellos la ADN polimerasa III sintetiza unos 1.000 nucleótidos de ADN, formándose un fragmento de Okazaki. Este proceso se va repitiendo a medida que se van separando las dos hebras patrón. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche A continuación, interviene la ADN polimerasa I, que, primero, gracias a su función exonucleasa, retira los segmentos de ARN, y que luego, gracias a su función polimerasa, rellena los huecos con nucleótidos de ADN. Finalmente, la ADN ligasa unirá los dos extremos, tanto en la cadena continua como los sucesivos fragmentos de Okazaki que se van formando en la cadena discontinua. Procesos para la síntesis de proteínas Toma un momento para mirar tus manos. El hueso, piel y músculo que ves están compuestos de células, y cada una de esas células contiene millones de proteínas. ¿Cómo se hacen estas proteínas en una célula? Para empezar, las instrucciones para hacer las proteínas están "escritas" en el ADN de la célula en forma de genes. Básicamente, un gen se usa para construir una proteína en un proceso de dos pasos: La transcripción y la traducción Paso 1: transcripción. Aquí la secuencia de ADN de un gen se "vuelve a escribir" en forma de ARN. En eucariontes, el ARN se procesa (y con frecuencia se le recortan pedazos) para hacer un producto final llamado ARN mensajero o ARNm. Paso 2: traducción. En esta etapa el ARNm se "decodifica" para construir una proteína (o un pedazo/subunidad de una proteína) que contiene una serie de aminoácidos en específico. A continuación, se describen los dos procesos Transcripción La transcripción ocurre en tres pasos: iniciación, elongación, y terminación. Iniciación es el inicio de la transcripción, ocurre cuando al enzima ARN polimerasa se une a una región de un gen llamada promotor . Esto le indica al ADN que se desenrolle para que la enzima pueda "leer" las bases en una de las hebras de ADN. La enzima está ahora lista para crear una hebra de ARNm con una base complementaria de bases. Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Elongación es la adición de nucleótidos a la hebra de ARNm. La ARN polimerasa lee la hebra desenrollada de ADN y construye la molécula de ARNm, usando pares de bases complementarias. Hay un breve momento durante este proceso en el que la nueva molécula de ARN está unida al ADN desenrollado. Durante este proceso, una adenina (A) en el ADN se une a un uracilo (U) en el ARN. Terminación es el término de la transcripción, y ocurre cuando la ARN polimerasa cruza una secuencia de terminación en el gen. La hebra de ARNm está completa y se separa del ADN. Traducción Durante la traducción, una célula "lee" la información (código genético) contenida en el ARN mensajero (ARNm) y la usa para construir una proteína. En realidad, y para ser un poco más técnico, un ARNm no siempre codifica o proporciona las instrucciones para una proteína completa, sino que podemos decir confiadamente que siempre codifica para un polipéptido o una cadena de aminoácidos. En un ARNm, las instrucciones para construir un polipéptido son los nucleótidos de ARN (A, U, C, y G), que se leen en grupos de tres. Estos grupos de tres se conocen como codones. Hay 616161 codones para los aminoácidos, y cada uno se "lee" para especificar un cierto aminoácido de los 202020 que se encuentran comúnmente en las proteínas. Un codón, AUG, especifica el aminoácido metionina y también actúa como un codón de inicio para señalar el comienzo de la construcción de la proteína. En conjunto, esta colección de relaciones codón-aminoácidos se llama el código genético , porque permite que las células "decodifiquen" un ARNm en una cadena de aminoácidos Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche . ARNs de transferencia (ARNt) Los ARN de transferencia o ARNt, son "puentes" moleculares que conectan los codones del ARNm con los aminoácidos para los que codifican. Un extremo de cada ARNt tiene una secuencia de tres nucleótidos llamada anticodón, que se puede unir a un codón específico del ARNm. El otro extremo de ARNt lleva el aminoácido que especifica el codón. Hay muchos tipos de ARNt. Cada tipo lee uno o unos pocos codones y lleva el aminoácido correcto que corresponde a esos codones. Códigos genéticos para cada uno de los 20 aminoácidos que se requieren para formar las proteínas (El nombre de los aminoácidos, se encuentran en el tema de biomoléculas, aquí solo aparecen sus abreviaturas en inglés) Ejemplo de aminoácidos codificados por tripletes de nucleótidos del ARNm (codones) Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche Ribosomas Los ribosomas son las estructuras donde se construyen los polipéptidos (proteínas). Se componen de proteínas y ARN (ARN ribosomal o ARNr). Cada ribosoma tiene dos subunidades, una grande y una pequeña, que se reúnen alrededor de un ARNm, algo parecido a las dos mitades de un pan para hamburguesa que se reúnen alrededor de la torta de carne. El ribosoma proporciona un conjunto de espacios útiles o huecos donde los ARNt pueden encontrar sus codones correspondientes en la plantilla del ARNm y entregar sus aminoácidos. Estos huecos se llaman los sitios A, P y E. Pero además el ribosoma actúa como una enzima que cataliza la reacción química que une los aminoácidos para formar una cadena. Actividad 3. a. En el siguiente cuadro comparativo, representa las moléculas del ADN y del ARN, estableciendo sus similitudes y diferencias, con base en lo que se te indica Características ADN ARN Unidades que las forman Tipo de azúcar Tipo de bases nitrogenadas, púricas y pirimidínicas Estructura del Lugar de la célula donde se encuentran ARN m ARNt ARNr b. Con la ayuda del código genético (página 35), descifra cuáles aminoácidos solicitó el ADN (secuencia en color rojo), a partir de la siguiente secuencia de ARN mensajero El ARNt, transporta los aminoácidos desde el citoplasma hasta los ribosomas Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche y con la ayuda del ARN ribosomal y el de transferencia. 1. Escribe la secuencia de bases del ARN que se forma por la transcripción del gen representado en rojo de esta sección de ADN. Escribe cada aminoácido con su abreviatura (primera letra mayúscula) y con guion de separación (por ejemplo, Ala-Cys-Ser-Val). Ten cuidado con no poner la palabra stop ya que no se trata de ningún aminoácido. GCCGTAATTAGGCTATGGATCATGGCGCCTACGTTTGAACCTAG CGGCATTAATCCGATACCTAGTACCGCGGATGCAAACTTGGATC El ARN mensajero es _______________________________ y saldrá del núcleo hasta el citoplasma, donde se unirá al ARN ribosomal y se mandará la señal para que el ARN de transferencia lleve los aminoácidos, según correspondan los codones o tripletes, traduciéndolos al aminoácido que indica el código genético. La cadena de aminoácidos solicitada es: ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ Interpreta los avances de la tecnología de manipulación de ADN a partir de las técnicas de manipulación genética. La biotecnología es el uso y, especialmente, la alteración de organismos, células o moléculas biológicas para producir alimentos, medicamentos y otros bienes. Por tanto, algunos aspectos de la biotecnología son antiguos; por ejemplo, la humanidad ha aprovechado las células de levadura para producir pan, cerveza y vino durante 10 mil años. La reproducción o cría selectiva de plantas y animales tiene una historia igualmente extensa: fragmentos de calabaza de 800 a 10 mil años de antigüedad, encontrados en una cueva árida de México, tienen semillas más grandes y cáscara más gruesa que la calabaza silvestre, lo que indicaría que se practicaba una reproducción selectiva con fines de mejorar el contenido alimenticio. El arte prehistórico y los restos animales revelan que perros, ovejas, cabras, cerdos y reses eran domesticados y sometidos a cría selectiva hace cuando menos 10 mil años. La reproducción selectiva hace que plantas y animales domésticos difieran genéticamente de sus parientes silvestres; por ejemplo, las piernas cortas y orejas largas y suaves de los perros Beagle están determinadas genéticamente y difieren en gran medida de las características paralelas de los lobos, los antepasados de todos los perros. Incluso actualmente, la reproducción selectiva es una herramienta importante. Sin embargo, la biotecnología moderna recurre con frecuencia a la ingeniería genética, un término que se refiere a métodos más directos para modificar el material genético. Las células y los organismos sometidos a la ingeniería genética podrían tener genes que se han suprimido, sumado o cambiado. La ingeniería genética puede utilizarse para aprender más acerca de cómo funcionan las células y los genes, para desarrollar mejores Colegio de Estudios Científicos y Tecnológicos del Estado de Campeche tratamientos para las enfermedades, desarrollar moléculas biológicas valiosas, (como hormonas y vacunas) y para mejorar animales y plantas para la agricultura. Una herramienta esencial de la ingeniería genética es el ADN recombinante, que es un ADN que fue modificado para llevar genes o segmentos de genes provenientes de otros organismos. Es posible producir grandes cantidades de ADN recombinante en bacterias, virus o levaduras, que luego se transfieren a otras especies. Las plantas y animales que expresan ADN modificado o derivado de otras especies se llaman organismos transgénicos o genéticamente modificados (OGM). La biotecnología moderna incluye numerosos métodos para la manipulación del ADN, ya sea que se introduzca o no el ADN de manera subsecuente en una célula u organismo. Por ejemplo, determinar la secuencia de nucleótidos de segmentos específicos de ADN es fundamental para la ciencia forense, para el diagnóstico de los trastornos hereditarios y para estudios de las relaciones evolutivas entre organismos. ¿Cómo se recombina el ADN en la naturaleza? Casi todos piensan que la composición genética de una especie es constante, salvo por alguna mutación ocasional; sin embargo, la realidad genética es mucho más cambiante. Muchos procesos naturales pueden transferir ADN de un organismo a otro, a veces incluso a un organismo de otra especie. La reproducción sexual recombina el ADN Los cromosomas homólogos intercambian ADN por entrecruzamiento en la meiosis
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