Con el auspicio de
Producido por Clear Channel Exhibitions en colaboración con National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health, Department of Health y Human Services y Whitehead Institute/MIT Center for Genome Research
Índice de Contenidos Introducción ...... Página 2 Unidad 1: Ciencias para 4º a 8º grado EPM Lección 1: La variedad es el condimento de la vida ...... 5 EPM Lección 2: Vástagos descabellados ...... 8 EPM Lección 3: La ciudad celular ...... 11 EPM Lección 4: Las escaleras de la vida ...... 13 EPM Lección 5: El salón de la fama genético ...... 15 EPM Lección 6: Errores genéticos ...... 17 EPM Lección 7: ¿De quiénes son estos genes? ...... 19 EPM Lección 8: Y el veredicto es ...... 21 Unidad 2: Ciencias para 9º a 12º grado ES Lección 1: Un individuo único ...... 24 ES Lección 2: Cómo se convirtió en un individuo único ...... 26 ES Lección 3: La estructura del ADN ...... 29 ES Lección 4: Proteínas, Proteínas ...... 31 ES Lección 5: Refutar la prueba ...... 33 ES Lección 6: Los grandes éxitos del genoma ...... 35 ES Lección 7: ¿A dónde podemos ir desde aquí? ...... 38 ES Lección 8: La comprensión de la huella genética del ADN ...... 40 Glosario ...... Página 44 Reconocimientos ...... Página 46
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Introducción: Pocos emprendimientos científicos tienen implicaciones tan vastas como la exploración del genoma humano. Descubrir el secreto de cómo funciona la vida ha intrigado a los exploradores científicos por milenios, pero sólo en época reciente la comprensión total del genoma humano está tan cercana. Cada vez más próximo se encuentra el día en que las enfermedades como el cáncer se puedan curar, que los trastornos como la anemia drepanocítica se puedan corregir en el útero y en que la culpabilidad y la inocencia en las investigaciones criminales sean más certeras. Y con la ayuda de la exposición llamada Genoma: El Secreto de Cómo Funciona la Vida y esta guía, el entendimiento del genoma humano se encuentra al alcance de sus alumnos. La exposición les brinda a sus alumnos la oportunidad de explorar las profundidades del ADN en una forma nunca antes posible. A su vez, esta guía está diseñada para que usted y sus alumnos descubran todo lo que hay en la exposición proporcionándole ideas para que el plan de clases se entrelace con los objetivos de su aula de clases.
Organización general: Dentro de sus dos secciones diferenciadas —una para 4º a 8º grado y la otra para 9º a 12º grado— esta guía muestra la organización de la exposición. En otras palabras, al igual que la exhibición llamada Genoma: El Secreto de Cómo Funciona la Vida, esta guía sigue un sendero que gradualmente ahonda más en el ADN —empezando con un énfasis en lo que nos hace únicos a cada uno de nosotros y luego avanzando hacia lo que el futuro nos depara mediante la comprensión del genoma humano—. Como consecuencia de esta organización, encontrará ocho planes de clases para ciencias que aprovechan y mejoran las diferentes partes de la exposición. Cada plan es independiente, lo que otorga flexibilidad. Al mismo tiempo, los planes de clases se complementan uno con otro y brindan la oportunidad de explorar el genoma utilizando tantos planes de clases como sean apropiados para su salón y sus objetivos. Asimismo, puede ser provechoso investigar la "otra" unidad curricular (la sección secundaria, si es un maestro de media, de niños de 12 a 14 años, y viceversa). Por ejemplo, con sólo modificaciones menores, las lecciones siete y ocho para la escuela primaria y media pueden adaptarse y así contar con excelentes planes de clases para la secundaria.
Campos incluidos en el plan de clases: Todos los planes de clases incluyen los siguientes campos de estudio que le muestran cuáles son los más beneficiosos para usted y sus alumnos: • • •
•
La conexión curricular describe algunas de las formas en que un plan de clases puede incorporarse a su currícula existente, y con frecuencia indica si los alumnos necesitan o no algún conocimiento previo específico relacionado al ADN. El Enlace de la Exposición explica la conexión entre el plan de clases y la exhibición llamada Genoma: El Secreto de Cómo Funciona la Vida. Las Extensiones y Modificaciones muestran muchas maneras de adecuar un plan de clases para comparar mejor sus necesidades con las capacidades de los alumnos, con frecuencia se incluyen sugerencias de cómo extender una clase a otras áreas de la currícula. Además, la sección de los grados 4º a8º claramente delinea sugerencias para preparar un plan de clases adecuado para la escuela primaria o la escuela media. Preguntas motivadoras para debatir: plantea temas para tratar o escribir al respecto. Durante la clase, debe usarlas cada vez que crea que es el momento más apropiado, ya que algunas preguntas pueden funcionar mejor como una forma de medir el conocimiento previo mientras que otras puedan ser más útiles para evaluar lo que han aprendido los alumnos.
Además de los pasos necesarios para completar la lección y los campos arriba mencionados, usted observará que los planes de clases también incluyen información útil como: • • • • • •
objetivos claros términos importantes definidos en el glosario recursos adicionales para usted o para sus alumnos* materiales y tiempo necesario para su conclusión enlaces para normas de ciencias nacionales listas de recursos
Un glosario se encuentra a continuación de los planes de clases.
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Esperamos que esta guía le brinde muchas ideas de cómo sus alumnos pueden explorar el interesante mundo del genoma humano. Durante el proceso, seguramente descubrirán más sobre ellos mismos, más sobre la búsqueda para descifrar el código y más sobre el papel importante que desempeña esta ciencia en nuestro futuro. * Todos los enlaces web sugeridos estuvieron activos cuando se publicó esta guía.
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UNIDAD 1 4º a 8º grado Ciencias
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EPM Lección 1: La variedad es el condimento de la vida (Visita pre exposición) Objetivo: Después de completar esta lección, los alumnos comprenderán que los rasgos dominantes y recesivos se presentan en diversas combinaciones en cualquier grupo determinado de personas.
Enlace curricular: Esta lección está diseñada para reforzar los conceptos de que 1) los rasgos humanos están controlados por genes dominantes y recesivos, y que 2) algunos rasgos se aprenden, no se heredan. Funcionaría bien después de la presentación de los experimentos de arvejas de Gregorio Mendel. Los estudiantes deberán conocer el proceso del desarrollo de una encuesta con una población aleatoria. Esta lección le ayudará a formar las bases que los estudiantes necesitarán para trabajar con los tableros de Punnett y comprender el papel de la probabilidad en la herencia.
Enlace de la exposición: Herencia: ¿Cuál de estos rasgos heredados posee? Máquinas de herencia - Herencia: un juego de azar. Esta parte de la exposición explica cómo, a través de las leyes de la probabilidad, se transmiten de padre a hijo los rasgos comunes de un sólo gen como el pico de viuda y los lóbulos pegados.
Tiempo necesario: Preparación del maestro: 30 minutos Tiempo de clase: 30 a 45 minutos (conceda un plazo de tres días a una semana para los estudios fuera de clase de los alumnos)
Materiales necesarios: • Una copia para trabajar y una copia final de la siguiente tabla para cada alumno. Tabla de datos para la encuesta rasgos Cantidad total de entrevistados: Rasgo 1 A B C D E F G
Lóbulos sueltos Cabello en los dedos Pico de viuda Cabello naturalmente ondulado Mentón partido Maneja auto Juega Gameboy
Cantidad
Rasgo 2 Lóbulos pegados No tiene cabello en los dedos Sin pico de viuda Cabello lacio Mentón plano No maneja auto No juega Gameboy
• Pequeño espejo para cada alumno o grupo de alumnos • Fotos genéricas o dibujos simples que muestran los rasgos utilizados en esta lección
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Cantidad
Pasos/Actividad de clase: 1. Presente o revise los estudios de Mendel a la clase de acuerdo con las capacidades de los alumnos. Por lo menos, los alumnos deben saber que ciertos rasgos visibles se trasmiten a los hijos, y que algunos rasgos son dominantes y otros son recesivos. 2. Presente una lista en la pizarra o en el proyector de los rasgos dominantes y recesivos a partir del cuadro que se usará en el estudio y muestre fotos o describa cómo se ve cada uno. Recalque que ninguno de los rasgos, ya sean dominantes o recesivos, es más deseable que el otro y que diferentes combinaciones de rasgos dominantes y recesivos contribuyen con la singularidad de cada persona. 3. Divida la clase en pequeños grupos si lo desea. Instruya a los alumnos a utilizar el espejo para examinar sus lóbulos, el pico de viuda y el mentón. Mencione los rasgos uno por uno y haga que los alumnos se pongan de pie si tienen ese rasgo. También puede mencionar diferentes combinaciones de dos o más rasgos, de manera que los alumnos puedan ver si comparten combinaciones de los mismos. 4. Distribuya las hojas de datos y dígale a los alumnos que tendrán que entrevistar a 20 personas para acopiar datos sobre ciertos rasgos comunes. Antes de que comiencen el estudio, haga que los alumnos presagien (planteen hipótesis) si creen o no que habrá más rasgos dominantes que recesivos en sus muestras, o si los rasgos estarán distribuidos equilibradamente. (Nota: en la población general, el rasgo dominante de lóbulos separados es más común, mientras que los rasgos recesivos que son generalmente más comunes incluyen mentones planos, cabello lacio, sin pico de viuda y sin pelo en los dedos.) 5. Luego de que los alumnos hayan recolectado sus datos, deberán compartir los resultados con toda la clase. Entable un debate con toda la clase que incluya las “Preguntas para el debate” que se mencionan a continuación. Utilice una diapositiva con la hoja de datos de los alumnos para compilar los resultados totales de la clase.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • De acuerdo con el nivel del grado, puede querer reducir la cantidad de características en el estudio o la cantidad de personas que se estudiarán. • Ponga a trabajar con un compañero a los alumnos tímidos o a aquellos con acceso limitado a una población de muestra. • Coordine con otro maestro para que la clase sirva como muestra del estudio. Media: • Amplíe el debate del trabajo de Mendel hasta abarcar razas puras e híbridos. • Al usar los resultados de la clase, los alumnos deberán calcular qué porcentaje de las muestras totales tenía cada uno de los rasgos. Debata cómo estos resultados se comparan con las tendencias comunes mencionadas en el paso nº 4 antes mencionado. Términos importantes: pico de viuda, mentón partido, rasgo dominante, rasgo recesivo, encuesta Términos adicionales de la escuela media: hipótesis, híbridos, raza pura
Preguntas motivadoras para debatir: 1. 2. 3. 4. 5.
¿Hubo algún rasgo que haya tenido que no había observado antes? Describa cómo sus datos fundamentan o no su predicción (hipótesis). ¿Por qué cree que los rasgos recesivos son más comunes en algunos casos? ¿Cómo cree que se vería afectada la encuesta si se duplicara la muestra? ¿Qué factores afectaron los resultados de los rasgos F y G?
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Recursos adicionales: ADN desde el Inicio — http://www.dnaftb.org/dnaftb/ Un sitio web educativo sensacional que contiene información básica sobre el ADN y la genética. Encontrará extractos de video, animaciones y excelentes enlaces. Libro de texto — Biología: The Dynamics of Life. Glencoe, 2002
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – Los ciclos de vida de los organismos • Las plantas y los animales se asemejan mucho a sus padres. • Muchas características de un organismo se heredan de los padres del organismo, pero otras características provienen de las interacciones de un individuo con el medio ambiente. Las características heredadas incluyen el color de las flores y el número de extremidades de un animal. Otras características como la capacidad de montar bicicleta se aprenden mediante interacciones con el medio ambiente y no pueden transmitirse a la siguiente generación. Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • Cada organismo requiere de un grupo de instrucciones para especificar sus rasgos. La herencia es el traspaso de estas instrucciones de una generación a otra. • La información hereditaria se encuentra en los genes localizados en los cromosomas de cada célula. Cada gen transporta una sola unidad de información. El rasgo heredado de un individuo puede determinarse por uno o por muchos genes, y un solo gen puede influenciar más de un rasgo. Una célula humana contiene muchos miles de genes diferentes. • Las características de un organismo pueden describirse de acuerdo a una combinación de rasgos. Algunos rasgos son heredados y otros resultan de interacciones con el medio ambiente.
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EPM Lección 2: Vástagos descabellados (Visita post exposición) Objetivo: Después de culminar esta lección, los alumnos comprenderán que los principios de probabilidad pueden usarse para predecir los rasgos hereditarios.
Enlace curricular: Esta lección refuerza el concepto de que la herencia es como un juego de azar. Funcionaría bien como una introducción al estudio de la genética y la herencia. Además, los alumnos aplicarán el conocimiento previo de la probabilidad matemática al proceso de la herencia de gen único.
Enlace de la exposición: Máquinas de herencia: Herencia: Un juego de azar En esta parte de la exposición, la herencia se compara con un juego de azar. Al usar el tablero de Punnett se ayuda a los alumnos a mostrar gráficamente los resultados del azar o de la probabilidad.
Tiempo requerido: Preparación del maestro: 30 minutos
Tiempo de clase: 30 a 45 minutos
Materiales necesarios: • Caja, bolso o canasta de los cuales se sacarán papeles con los rasgos escritos en ellos • Una cantidad generosa de marcadores o lápices de color, tijeras, cinta scotch de doble adhesivo • Fieltro o cartulina de dos colores; O letras en plantillas o pequeños papeles con una letra mayúscula o minúscula en cada papel • Suficientes rasgos/alelos de Vástagos Descabellados (ya sea colores o letras) para que cada par de alumnos tenga 12; (con colores: rasgos dominantes del tamaño de una moneda de veinticinco centavos y rasgos recesivos del tamaño de una de diez centavos para que los alumnos las usen; los tamaños más grandes son para la demostración de los maestros) • Hojas de trabajo con un tablero de Punnett lo suficientemente grande como para acomodar el fieltro o las letras, y espacio vacío en la parte inferior para dibujar
Pasos/Actividad de clase: 1. Después de revisar los principios de probabilidad, los compañeros deberán predecir el resultado de 20 lanzamientos de moneda (o cada alumno lanzará una moneda y comparará resultados con el compañero) y luego lanzar la moneda registrando los resultados en un cuadro sencillo. 2. Los alumnos deberán compartir y comparar los resultados. Refuerce el concepto de que como la moneda tiene dos caras tiene una de dos posibilidades (1/2 ó 50%) de que el resultado sea cara. Dígales a los alumnos que en esta clase observarán cómo se aplica la misma ley a los resultados genéticos. 3. Antes de la lección, decídase por un conjunto descabellado de rasgos generados al comparar dos criaturas imaginarias. Por ejemplo: un ave de pecho rojo y un ave de pecho verde. El rojo representa el rasgo dominante y el verde el recesivo. 4. Demuestre cómo usar las letras mayúsculas para representar los rasgos/alelos dominantes y las letras minúsculas para los rasgos/alelos recesivos. Dígales a los alumnos que científicos como Mendel utilizaron el tablero de Punnett para demostrar los probables vástagos de dos organismos del mismo progenitor. (Mientras que el modelo tradicional de la planta de arveja de Mendel muestra cruces para la altura (T=rasgo dominante alto; t=rasgo recesivo bajo), este ejemplo utiliza los rasgos del ave. Si lo desea puede reemplazar los rasgos de altura de la planta.
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Ave de pecho rojo R
r
Ave de pecho verde r
Rr
rr
r
Rr
rr
5. Enfatice que este modelo muestra dos formas (alelos) del mismo gen, y por lo tanto se abrevia con dos formas de la misma letra R=rojo; r=verde). 6. Explique que en este ejemplo hay dos letras para cada rasgo, ya que cada progenitor tiene dos rasgos pero transmite sólo uno a cada vástago. He aquí la ley de probabilidad. En este caso hay una cruz entre un progenitor verde con dos rasgos recesivos (rr) para el color y un progenitor rojo con un rasgo dominante y un rasgo recesivo (Rr) para el color. 7. Cada par de alumnos seleccionará al azar cuatro letras de la caja/bolsa/canasta, y los colocará como los progenitores utilizando dos para Mamá y dos para Papá. RR o Rr = Ave de pecho rojo, y rr= Ave de pecho verde. Luego de que los alumnos hayan establecido el tablero de Punnett, deberán volver para obtener las letras correctas y completar el problema (o simplemente los alumnos deberán escribir la letra correcta). Luego, deberán dibujar y colorear sus cuatro vástagos descabellados. 8. Los grupos de alumnos deberán explicar sus resultados a la clase.
Extensiones y modificaciones: Una vez que los alumnos hayan trabajado con los tableros de Punnett, podrían lanzar dos monedas a la vez para ver cómo las probabilidades resultan con cuatro rasgos/alelos (los dos que tiene cada progenitor). Las caras pueden representar un rasgo dominante y los sellos un rasgo recesivo; de esta forma sólo cuando ambas monedas producen sellos los "vástagos" mostrarían el rasgo recesivo. Primaria: • En lugar de usar letras, utilice formas coloreadas (como círculos cortados de fieltro o cartulina) para representar diferentes alelos. Haga el círculo para el rasgo dominante (rojo) más grande que el círculo para el rasgo recesivo (verde). En una hoja de papel grande, demuestre cómo cuatro combinaciones de vástagos pueden resultar al emparejar un rasgo de cada padre en cuatro formas diferentes. • Explique que el círculo rojo representa el rasgo que podemos ver, ya sea que se empareje con otro rojo o con uno verde. Muestre la combinación roja con verde cubriendo el círculo verde con el rojo. Muestre que el rasgo verde sólo puede observarse si hay dos de ellos juntos. • Si los alumnos ya han tratado la conversión de probabilidad a fracciones y porcentaje, ellos deberán anotar el resultado del fenotipo o genotipo como una fracción y un porcentaje. Media: • Los alumnos deberán escribir cada resultado como una fracción y un porcentaje. • Extienda los vástagos hasta una generación más. Los alumnos deberán emparejar a uno de sus vástagos con el vástago del otro par de alumnos, crear un tablero de Punnett para las dos aves y observar cuáles vástagos de tercera generación posibles podrían resultar. Términos importantes: herencia, rasgo, vástagos, probabilidad Términos adicionales de escuela media: gen, fenotipo, genotipo, homocigótico, heterocigótico, alelo, tablero de Punnett
Preguntas motivadoras para debatir: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
¿Por qué cree que se llama “dominante” a un gen dominante? Identifique el genotipo (conformación genética) y fenotipo (apariencia física) de cada uno de sus vástagos. ¿Cuál es la probabilidad de que los grupos de su progenitor puedan producir cada uno de los cuatro vástagos? Explique por qué cada uno de los vástagos es del color que muestra en sus figuras. ¿Cuál de sus vástagos es homocigótico? ¿Heterocigótico? Explique. Si los ojos marrones son un rasgo dominante, ¿cómo podrían dos padres de ojos marrones tener un niño con ojos azules (un rasgo recesivo)?
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – Los ciclos de vida de los organismos • Las plantas y los animales se asemejan mucho a sus padres. • Muchas características de un organismo se heredan de los padres del organismo, pero otras características provienen de
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las interacciones de un individuo con el medio ambiente. Las características heredadas incluyen el color de las flores y el número de extremidades de un animal. Otras características como la capacidad de montar bicicleta se aprenden mediante interacciones con el medio ambiente y no pueden transmitirse a la siguiente generación. Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • Cada organismo requiere de un grupo de instrucciones para especificar sus rasgos. La herencia es el traspaso de estas instrucciones de una generación a otra. • Las características de un organismo pueden describirse de acuerdo a una combinación de rasgos. Algunos rasgos son heredados y otros resultan de interacciones con el medio ambiente.
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EPM Lección 3: La ciudad celular (Visita post exposición) Objetivo: Al final de la lección, los alumnos comprenderán cómo funcionan diversas partes de la célula y cómo se relacionan con el proceso genético creando un modelo y un símbolo para representar la función de las partes de la célula.
Enlace curricular: Esta lección presenta a los alumnos los nombres y las funciones de las partes de las células como una base para el estudio de la herencia. Luego de una visita a la exposición, los maestros pueden consultar el Explorador Celular a medida que los alumnos crean sus propios modelos de una célula.
Enlace de la exposición: Explorador celular: células, células y más células En esta sección de la exposición, los alumnos pueden visualizar secciones ampliadas de las células e identificar las partes.
Tiempo necesario: Preparación del maestro: 20 minutos
Tiempo de clase: 30 a 45 minutos
Materiales necesarios: • Proyector, diapositivas o diagrama grande de una célula animal con las partes etiquetadas. • Cartulina, hilo, revistas viejas que puedan cortarse • Marcadores y lápices de color, tijeras • Dos pliegos de papel blanco de aproximadamente tres pies cuadrados con un círculo grande en cada uno
Pasos/Actividad de clase: 1. En un círculo de papel grande, los alumnos deberán pensar en una ciudad y en cómo funciona. Dibuje y etiquete las figuras dentro del círculo que representa edificios claves y personas que son importantes para que una ciudad funcione sin problemas. Plantee a los alumnos preguntas como las siguientes: ¿quién protege la ciudad?, ¿dónde obtenemos energía eléctrica?, ¿dónde conseguimos comida?, ¿cómo se sabe cuando uno está fuera de los límites de la ciudad?, etc. 2. Muestre la figura o el diagrama de una célula animal con sus partes etiquetadas (consultar recursos adicionales). 3. Comente el hecho de que cada parte de la célula cumple una función importante, al igual que las partes de una ciudad. Explique que algunas partes de una célula están relacionadas directamente con el proceso genético, mientras que otras asumen un papel secundario, pero son aún necesarias para la célula en conjunto. Adecúe la complejidad del debate y la cantidad de partes de la célula tratadas al nivel del alumno. 4. Divida el salón en pequeños grupos y asigne una parte de la célula a cada grupo. Dígales que investiguen esa parte de la célula y que determinen su función. Desafíelos para que piensen en una forma creativa para demostrar la función. Por ejemplo: la membrana celular podría dibujarse como un portero, cuidador de fronteras, etc., ya que determina lo que entra y sale de una célula. 5. Cada grupo cortará, dibujará o construirá una imagen para representar la función de esa parte de la célula. Cuando cada grupo haya finalizado, deberá pegar su creación a otro círculo de papel de tres pies (que representa una célula) y explicar la función y la representación a la clase. Ponga especial atención a las funciones genéticas de las partes de la célula.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • Tenga varios libros de recursos disponibles en el aula de clase para que los alumnos lo utilicen. • Después de que cada grupo haya pegado su parte al diagrama celular grande, los alumnos deberán ingresar las partes de las células y sus definiciones en un diario científico o lista de vocabulario. • En el diario científico, sugiera que cada alumno utilice una analogía o metáfora presentada en clase para cada una de las partes de la célula o sino que inventen la suya propia. Media: • Déle a todos los alumnos los nombres de las partes de la célula para que cada grupo de alumnos investigue las funciones de las partes y piense en un tema unificado o metáfora para representar las funciones.
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• Solicite a cada grupo que componga dos preguntas y respuestas para un examen a partir de su investigación. Cuando todos los grupos hayan finalizado, utilice las preguntas o las respuestas para realizar un juego al estilo Jeopardy o algún otro de competencia de grupos. Términos importantes: célula, núcleo, membrana celular Términos adicionales de la escuela media: organela, mitocondria, citoplasma, ribosoma
Preguntas motivadoras para debatir: 1. ¿Qué cree que le sucedería a una célula si (nombre de la parte de la célula) estuviera perdida o no estuviera funcionando apropiadamente? 2. ¿Cómo se compara una célula con una ciudad? 3. ¿Cuál cree que es la parte más importante de una célula? ¿Por qué? 4. ¿Por qué cree que utilizamos analogías en esta lección para aprender las diferentes partes de las células? ¿Fue útil? 5. Una célula es microscópica —mucho más pequeña de lo que podemos ver a simple vista—. ¿Le sorprende todo lo que sucede en una célula a pesar de su tamaño?
Recursos adicionales: Biotech Adventure: http://biotech-adventure.okstate.edu/low/basics/ CELLS Alive!: http://www.cellsalive.com/ Ambos sitios detallan las partes de una célula.
Normas nacionales tratadas: Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • Los sistemas vivos en todos los niveles de la organización demuestran la naturaleza complementaria de la estructura y de la función. Los niveles importantes de organización para la estructura y la función incluyen células, órganos, tejidos, sistemas orgánicos, organismos completos y ecosistemas. • Todos los organismos están compuestos por células —la unidad fundamental de la vida—. Muchos organismos son unicelulares; otros organismos incluyendo los humanos son multicelulares. • Las células llevan a cabo muchas funciones necesarias para sostener la vida. Crecen y se dividen y de esa forma producen más células. Esto requiere que consuman nutrientes, los cuales utilizan para proporcionar energía al trabajo que ellas realizan y para fabricar los materiales que una célula o un organismo necesita.
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EPM Lección 4: Las escaleras de la vida (Visita pre exposición) Objetivo: Al construir un modelo de papel de una cadena de ADN, los alumnos demostrarán la importancia de la secuenciación de cuatro bases nitrogenadas en el código genético.
Enlace curricular: Esta lección deberá presentarse luego de que los alumnos conozcan las partes de una célula. Una introducción básica al trabajo que Mendel realizó con genes también proporcionaría una base sólida para comprender la ubicación y la función del ADN.
Enlace de la exposición: Doble hélice gigante; ¿Qué es el ADN?; ¡Cierre/Abra! Estas secciones de la exposición muestran la forma de doble hélice del ADN así como una explicación de cómo el ADN se desenrolla y despliega en nuevas cadenas.
Tiempo necesario: Preparación del maestro: 45 minutos a una hora Tiempo de clase: 45 minutos
Materiales necesarios: • Para cada alumno, dos tiras de cartulina de una pulgada de ancho cortadas en los siguientes colores y longitudes: verde, 2 pulgadas; amarillo, 2 pulgadas; rojo, 4 pulgadas; azul, 4 pulgadas, (que representan las bases nitrogenadas del ADN) • Para cada alumno, una tira de papel de 11 pulgadas que alterna entre el negro y el blanco —tiras blancas con franjas negras dibujadas con un marcador, con una pulgada de separación entre ellas (que representan la molécula de azúcar y fosfato a la cual las bases nitrogenadas se adhieren en el ADN) • Goma o cinta adhesiva
Pasos/Actividad de clase: 1. Utilice un cuadro o una diapositiva para familiarizar a los alumnos con el modelo de ADN. Explore el ADN de una forma que los alumnos recuerden el conocimiento previo del ADN y que le permita a usted medir lo que saben sobre el tema. 2. Antes de dictar la clase, diseñe un esquema de colores para representar las bases nitrogenadas. Por ejemplo, timina = verde, guanina = azul; citosina = amarillo; adenina = rojo; moléculas de azúcar y fosfato = tiras blancas y negras. Escriba esto en la pizarra. 3. Explique la regla de que la adenina debe siempre emparejarse con la timina (rojo con verde) y que la guanina debe siempre emparejarse con la citosina (azul con amarillo). Enfatice que la secuencia de bases nitrogenadas en un gen forma un código que le dice a la célula qué proteína producir. Los rasgos son el resultado de las acciones de las proteínas del organismo. 4. Distribuya dos tiras de cada color a cada alumno y recuérdeles a los alumnos lo que cada color representa. 5. Los alumnos deberán trabajar en parejas para pegar siete bases nitrogenadas al papel que representa la molécula de azúcar y fosfato, y señáleles que la secuencia que conforman es como una parte de la secuencia de un gen. Pueden constituir cualquier secuencia o código que deseen dejando un pequeño espacio entre cada tira de color. 6. Las parejas de alumnos deberán intercambiar cadenas y acoplar una cadena que complemente a la que reciben. Las parejas deberán pegar las dos cadenas con cinta adhesiva o goma. 7. Si los alumnos han logrado las correspondencias correctas, el producto acabado debe parecer una escalera que tenga siempre el mismo ancho.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • Omita los nombres de las bases nitrogenadas, pero enfatice que para que el código sea correcto, el rojo siempre debe emparejarse con el verde, y el amarillo con el azul. • Explique que el orden de los colores a lo largo del gen es el código que nos hace únicos. • Forme parejas de alumnos que deberán colocar sus “escaleras” en un gran pliego de papel blanco y trate de encontrar dos escaleras completas que sean exactamente las mismas. • Los alumnos deberán buscar referencias sobre James Watson y Francis Crick y redactar breves informes sobre uno de ellos o ambos.
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Media: • Enséñele a los alumnos a escribir las iniciales de las bases nitrogenadas en cada una de sus tiras antes de pegarlas al gen. • Los alumnos deberán escribir la secuencia de las bases nitrogenadas de la cadena que reciben en el intercambio, y luego diseñar con el papel la secuencia que correspondería a la cadena complementaria. • Cuando cada grupo tenga una escalera terminada, compile un cuadro con una lista de todos los “códigos genéticos". Desafíe a los alumnos a encontrar dos escaleras que sean iguales. • Los alumnos deberán buscar referencias sobre James Watson y Francis Crick y redactar breves informes sobre uno de ellos o ambos. El informe deberá incluir cómo ellos colaboraron con el modelo de la doble hélice. Términos importantes: gen, cromosoma, cadena, código, escalera, ADN Términos adicionales de la escuela media: base nitrogenada, adenina, timina, guanina, citosina
Preguntas motivadoras para debatir: 1. 2. 3. 4.
¿Qué le sucedería a la escalera de ADN si uno de los escalones no encajara correctamente? ¿Le ayuda tener una imagen visual que represente el ADN y los colores que representen las partes del ADN? Si alguien dijera que no comprende cómo es que el ADN se parece a una escalera, ¿cómo se lo explicaría? Si construye una versión tridimensional de la escalera de ADN, ¿cómo lo haría? Explique.
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – Características de los organismos • Cada planta o animal presenta diferentes estructuras que cumplen diferentes funciones en el crecimiento, la supervivencia y la reproducción. Por ejemplo, los humanos tienen diferentes estructuras corporales para caminar, agarrar, ver y hablar. Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • Cada organismo requiere de un grupo de instrucciones para especificar sus rasgos. La herencia es el traspaso de estas instrucciones de una generación a otra. • La información hereditaria se encuentra en los genes localizados en los cromosomas de cada célula. Cada gen transporta una sola unidad de información. El rasgo heredado de un individuo puede determinarse por uno o por muchos genes, y un solo gen puede influenciar más de un rasgo. Una célula humana contiene muchos miles de genes diferentes.
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EPM Lección 5: El salón de la fama genético (Visita pre exposición) Objetivo: Al final de la lección, los alumnos comprenderán que la investigación genética es un campo relativamente nuevo y que nuestra comprensión actual de la genética y la herencia es una culminación del trabajo de muchos científicos de todo el mundo.
Enlace curricular: Esta lección podría usarse en alguna de estas tres formas: 1) como una presentación del estudio de la genética; 2) como un proyecto en marcha durante una unidad sobre la genética; 3) como un proyecto final de la unidad
Enlace de la exposición: Cronología del descubrimiento Esta parte de la exposición muestra cuántos científicos realizaron descubrimientos significativos con respecto a la comprensión de la herencia comenzando con Mendel en 1865 y finalizando con el primer borrador del genoma humano en 2000.
Tiempo necesario: Preparación del maestro: Una hora
Tiempo de clase: Tres a cinco sesiones de 30 a 40 minutos
Materiales necesarios: • • • •
Acceso a sitios web o material impreso para la investigación de los alumnos Pliego de papel blanco de seis pies o más, con cronología fechada Trozos de papel con temas para la investigación Marcadores de color, lápices, regla de tres pies y reglas comunes
Pasos/Actividad de clase: 1. Asigne temas a los alumnos o grupos de alumnos o hágales escoger de los hitos que marquen la evolución de la comprensión de la genética humana y la herencia. Ellos deberán investigar el tema para contribuir con la cronología que se trate en una clase. A continuación se encuentra una lista sugerida de eventos significativos que pueden incluirse: • • • • • • • •
1866 - Gregorio Mendel descubre los “factores” o genes. 1911 - Thomas Hunt Morgan prueba que los genes son transportados en cromosomas. 1943 - Oswald Avery descubre que los genes están hechos de ADN. 1953 - Watson y Crick descubre la estructura del ADN (doble hélice). 1961 - Sydney Brenner descubre el ARN mensajero. 1973 - Stanley Cohen y Herbert Boyer clonan genes transfiriendo el gen de un virus a una bacteria. 1975 - Fred Sanger y Walter Gilbert desarrollan una técnica para leer bases químicas del ADN. 1983 - Kary Mullis desarrolla una “máquina copiadora” para sacar copias de regiones especificadas en el ADN rápidamente en un tubo de ensayo. • 1990 - Los científicos proponen decodificar el genoma humano en 15 años. • 2000 - El presidente Clinton anuncia que los científicos han culminado un primer borrador del genoma humano. 2. Cuando los estudiantes hayan culminado su investigación, deberán escribir una breve explicación del hito y pegarla en el lugar apropiado en la cronología tratada en la clase. Asimismo, los alumnos deberán compartir sus hallazgos con la clase, con lo cual probablemente se expandan más allá de lo que está incluido en su breve reseña.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • Concéntrese en los eventos más que en los inventores. • Recopile el material de recursos una semana antes de la tarea y aliente a los alumnos a comenzar a navegar a través de los sitios web y a investigar en los libros. • El informe debe tener un párrafo o media página de extensión, y asegúrese de que los hitos puedan representarse con una
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figura. • Si es posible, pídale a un maestro de los primeros años de secundaria que le preste alumnos voluntarios para que trabajen como “asesores" durante una o dos de las sesiones. Media: • Déle oportunidad a los alumnos para concentrarse ya sea en el evento o en el(los) inventor(es). • Aliente a los alumnos a que propongan un evento o una fecha que no se encuentra en la cronología. • Si ésta es una unidad introductoria, entregue la lista del vocabulario una semana antes de tiempo. • Los alumnos deberán incluir otros eventos/personas/descubrimientos importantes de aproximadamente la misma época que el evento/hito del cual informaron. Términos importantes: herencia, genética, genes, proyecto del genoma humano Términos adicionales de la escuela media: ADN, gen, cromosoma, ARN, ribosoma, clon, doble hélice
Preguntas motivadoras para debatir: 1. ¿Qué evento o inventor tuvo el mayor impacto sobre el estudio de la genética? ¿Por qué? 2. ¿Le sorprende enterarse que hemos sabido sobre la herencia, los genes, el ADN durante todo este tiempo? ¿O está sorprendido de que no haya pasado tanto tiempo? Explique. 3. ¿Por qué cree que el genoma humano se descubrió antes del cálculo original de 15 años? 4. ¿Cree que el estudio de la genética y la herencia sea importante? ¿Por qué?
Recursos adicionales: Historias de científicos: http://www.accessexcellence.org/AB/WYW/wkbooks/SFTS/ El Proyecto del Genoma Humano: http://www.genome.gov/Pages/EducationKit/ Ambos sitios son excelentes fuentes para la investigación de los alumnos.
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – La ciencia como una empresa humana • Los hombres y las mujeres han realizado diversas contribuciones a través de la historia de la ciencia y la tecnología. • Si bien los hombres y las mujeres que utilizan las cuestiones científicas han aprendido mucho sobre los objetos, eventos y los fenómenos en la naturaleza, todavía queda mucho por entender. La ciencia nunca concluirá. Contenido 5-8 Norma G – La ciencia como una empresa humana • Los individuos y los equipos han contribuido y seguirán contribuyendo con la empresa científica.
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EPM Lección 6: Errores genéticos (Visita post exposición) Objetivo: Al final de la lección, los alumnos tendrán un entendimiento general de las características de diversos trastornos genéticos, si pueden o no curarse o tratarse y cómo se les diagnostica.
Enlace curricular: Después de que los alumnos hayan estudiado la herencia desde una perspectiva celular, en donde se ha determinado la profundidad del estudio de acuerdo a las capacidades del alumno, esta lección relacionará la estructura genética con las manifestaciones físicas de varias discapacidades.
Enlace de la exposición: Comprensión de lo que significa todo; Pruebas genéticas; Mutación: Un cambio de receta por azar Esta parte de la exposición explica lo que sucede cuando no se copia el ADN correctamente durante la división celular. Las mutaciones nos hacen únicos, pero pueden también causar trastornos genéticos y ciertas enfermedades.
Tiempo necesario: Preparación del maestro: 20 minutos
Tiempo de clase: Dos a tres clases de 30 a 45 minutos
Materiales necesarios: • Recursos del maestro o del alumno sobre trastornos genéticos. • Papel de cartulina blanco de 12x18 pulgadas, lápices, reglas para que los alumnos de media puedan hacer un cuadro O • El siguiente cuadro con suficiente espacio para incluir las respuestas, una para cada alumno de primaria Trastorno genético
Causa
Características
Dificultades
Cura
Tratamiento
Fibrosis cística Enfermedad drepanocítica Hemofilia Síndrome de Down
Pasos/Actividad de clase: 1. De acuerdo con la capacidad del alumno, revise el proceso genético de cómo los rasgos se transmiten de padres a hijos. Explique que algunas veces ocurren errores en el proceso, ocasionando mutaciones o cambios en el resultado esperado. Hable sobre las mutaciones y los desórdenes genéticos con la clase. Plantee preguntas a la clase como las siguientes: ¿qué cree que es un trastorno genético?, ¿cuáles son algunos trastornos genéticos de los que ha escuchado?, ¿qué experiencia, si hubiera, ha tenido con alguien que tiene uno de estos trastornos? 2. Pregúnteles a los alumnos si conocen la diferencia entre una cura y un tratamiento. Trabaje en las definiciones de los dos términos. Pregunte cómo las enfermedades genéticas son diferentes a la gripe o la varicela. 3. Divida la clase en parejas y asigne los siguientes trastornos de manera que varias parejas trabajen independientemente en los mismos: 1) Fibrosis cística 2) Enfermedad drepanocítica 3) Hemofilia 4) Síndrome de Down Ninguna de estas enfermedades puede “curarse”, ya que incluso la terapia genética terminará con una persona que aún tiene el gen mutado en gameto. Observe la diferencia entre la terapia (incluso la terapia genética) y la cura. 4. Los grupos de alumnos deberán usar el cuadro comparativo y las siguientes preguntas para elaborar un informe y presentarlo a la clase:
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A. ¿Qué causa el trastorno? B. ¿Cuáles son las características del trastorno? C. ¿Qué dificultades puede experimentar una persona con este trastorno? ¿Hay situaciones donde una persona con este trastorno pueda tener una ventaja sobre uno que no lo sufra? (SC—heterocigoto tiene resistencia a la malaria) D. ¿Puede curarse este trastorno? E. ¿Qué clase de tratamiento médico está disponible para una persona con este trastorno? F. ¿Cómo se diagnostica este trastorno? G. ¿Cómo cree que este trastorno podría tratarse efectivamente? H. ¿Cómo dibujaría un diagrama o usaría un tablero de Punnett que ilustra la mutación que causa este trastorno? Prepare un debate para una clase relacionada posterior para comparar los descubrimientos de los diferentes grupos.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • Reúna material de lectura en el salón de clases para que los alumnos investiguen antes de esta lección. • Omita las preguntas de la F a la H. Media: • Guíe a los alumnos en una sesión de laboratorio de computadora para investigar los temas en la Internet usando http://www.accessexcellence.org/AB/IWT/Gene_Therapy_Overview.html, y los sitios web de WebMD. http://www.yourgenesyourhealth.org/ygyh/mason/ygyh.html?syndrome=hemo http://www.pbs.org/wgbh/evolution/library/01/2/l_012_02.html • Entregue a los alumnos un pedazo de cartulina de 12x18 pulgadas para hacer un cuadro utilizando las palabras claves de las preguntas A hasta la F como títulos en las columnas (causa, características, etc.). • Los alumnos deberán responder a las preguntas G y H que se encuentran al reverso del cuadro. • Los alumnos deberán buscar sobre la hemofilia en relación a las familias reales de Europa. Plantee la pregunta: ¿cree que esta enfermedad tuvo algún efecto en la historia de Europa? Términos importantes: trastorno genético, mutación, tratamiento, cura Términos adicionales de la escuela media: ADN, amniocentesis, cariotipo
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Describa cómo puede saber si uno de sus amigos tiene fibrosis cística. 2. Si tuviera un amigo que sabe que sufre de hemofilia, ¿cómo podría afectar las clases de actividades que hicieran juntos? 3. ¿Cree que debería modificar su comportamiento cuando está cerca de alguien que tiene Síndrome de Down? Si es así, ¿cómo? ¿Debería modificar su comportamiento cuando está cerca de alguien que tiene fibrosis cística? 4. ¿Por qué cree que muchas personas piensan que habrá pronto una cura para algunos trastornos genéticos?
Recursos adicionales: Genética humana, un recurso para maestros http://www.usoe.k12.ut.us/curr/science/core/bio/genetics/home%20page.htm Este sitio proporciona información básica sobre muchos desórdenes genéticos.
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – Los ciclos de vida de los organismos • Muchas características de un organismo se heredan de los padres del organismo, pero otras características provienen de las interacciones de un individuo con el medio ambiente. Las características heredadas incluyen el color de las flores y el número de extremidades de un animal. Otras características como la capacidad de montar bicicleta se aprenden mediante interacciones con el medio ambiente y no pueden transmitirse a la siguiente generación. Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • Cada organismo requiere de un grupo de instrucciones para especificar sus rasgos. La herencia es el traspaso de estas instrucciones de una generación a otra. • La información hereditaria se encuentra en los genes localizados en los cromosomas de cada célula. Cada gen transporta una sola unidad de información. El rasgo heredado de un individuo puede determinarse por uno o por muchos genes, y un solo gen puede influenciar más de un rasgo. Una célula humana contiene muchos miles de genes diferentes.
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EPM Lección 7: ¿De quién son estos genes? (Visita post exposición) Objetivo: Al final de la lección, se presentarán a los alumnos algunas de las cuestiones éticas generadas por las pruebas genéticas.
Enlace curricular: Después de que los alumnos hayan estudiado y tratado el proceso genético de la herencia, incluyendo los rasgos dominantes y recesivos, esta lección planteará la pregunta de quién (si alguno) tiene derechos al conocimiento de la conformación genética de cada persona.
Enlace de la exposición: Acción; Pruebas genéticas Estas secciones de la exposición muestran que una nueva era de la medicina está llegando con la ayuda de los descubrimientos genéticos. Asimismo, menciona nuevos métodos para tratar ciertas enfermedades y comprender los defectos congénitos —todos los cuales dan lugar a cuestiones éticas con respecto a la privacidad de la información genética—.
Tiempo necesario: Preparación del maestro: Una hora
Tiempo de clase: Dos a tres sesiones de 30 a 45 minutos
Materiales necesarios: • Recursos del maestro que tratan los asuntos éticos relacionados con la genética. • Opcional: Un agente de seguros, un empleador de la comunidad, un padre, un estudiante de secundaria u otros que trabajen en el campo de la genética que estén dispuestos a hablar enfrente de la clase, o proporcionar su punto de vista sobre los derechos a la información genética; o los adultos que deseen dramatizar estos puntos de vista.
Pasos/Actividad de clase: 1. Dirija un debate en clase que enfatice cómo cada persona es un individuo único y que no hay dos personas que tengan la misma combinación de genes. 2. Discuta cómo los médicos pueden ahora evaluar a los pacientes para ver si tienen un riesgo mayor a ciertas condiciones o enfermedades. 3. La clase deberá proponer formas en que los resultados de las pruebas genéticas podrían afectar al paciente. Si los alumnos no generan efectos negativos por su propia cuenta, presente uno en donde alguien que haya descubierto estar en un grupo de riesgo para adquirir una cierta enfermedad pueda desarrollar un miedo constante de adquirir esa enfermedad. 4. Los alumnos deberán ofrecer opiniones sobre quiénes tendrán acceso a los resultados de las pruebas y por qué. Por ejemplo, ¿su empleador debería saber si usted tiene hemofilia?, ¿qué hay sobre su futuro esposo o esposa? 5. Asigne grupos de alumnos para investigar y desarrollar un argumento en favor o en contra de los resultados de las pruebas genéticas para uno de los siguientes papeles: agente de seguro, empleador, padre, graduado de secundaria buscando un empleo. Asegúrese de que los alumnos comprendan la descripción del empleo de cada papel y por qué una persona en esa postura estaría interesada en obtener los resultados de las pruebas genéticas. Ellos deberán idear el argumento más persuasivo que puedan para el punto de vista que se les asigna. 6. Cuando se complete la investigación, cada grupo deberá presentar un documento con su postura y elegir un representante para el debate del panel de clase. Los que permanezcan sentados deberán tomar apuntes y participar haciéndole preguntas al panel.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • La lección deberá limitarse a un debate en clase donde surjan preguntas para que los alumnos consideren los pros y los contras del saber la información genética. Cuando sea posible, presente ejemplos de la vida real que ilustren ambos lados de la pregunta sobre el saber la información genética.
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• Extensión de estudios sociales: si es posible, coordine la visita de un agente de seguros y de un empleador para que se dirijan a la clase. Media: • Extensión de estudios sociales: como un enfoque alternativo, los alumnos deberán ir en parejas a entrevistar diversos agentes de seguro, padres, empleadores y graduados de secundaria que estén buscando empleo. Cuando regresen, los alumnos deberán resumir la postura que adoptó el entrevistado, y decidir si están de acuerdo o en desacuerdo con esa postura. • Los grupos de alumnos deberán escribir o dramatizar una historia en la que alguien se beneficie de las pruebas genéticas o que alguien utilice la información genética con propósitos malignos. Términos importantes: asesor genético, privacidad, derechos, único, conformación genética, pruebas genéticas Términos adicionales de la escuela media: ética, bioética, legalidad
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Hable sobre las razones por las que una persona buscaría realizar pruebas genéticas. 2. ¿Por qué cree que los resultados de las pruebas genéticas deberían o no deberían estar disponibles para alguien que desea verlas? Sustente su opinión. 3. Con frecuencia los temas como las pruebas genéticas tienen sólidos argumentos a favor de ellos así como sólidos argumentos en contra. ¿Se le ocurre alguna situación que tenga sólidos argumentos en ambos lados del debate? 4. ¿Cree que aquellos que conocen más sobre el ADN deben tomar decisiones sobre cómo deberían usarse las pruebas genéticas, o cree que la población en general —que pueden conocer muy poco sobre el ADN pero que está más afectada probablemente por las pruebas genéticas— debería tomar las decisiones? Explique.
Recursos adicionales: Planes de clases sobre genética http://www.kumc.edu/gec/Lecciónpl.html Este sitio ofrece recursos al maestro sobre las “implicaciones éticas, legales y sociales del Proyecto del Genoma Humano".
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – Las características de los organismos • El comportamiento de los organismos individuales está influenciado por factores internos (como el hambre) y externos (como un cambio en el medio ambiente). Los humanos y otros organismos tienen sentidos que los ayudan a detectar factores internos y externos. Los ciclos de vida de los organismos • Muchas características de un organismo se heredan de los padres del organismo, pero otras características provienen de las interacciones de un individuo con el medio ambiente. Las características heredadas incluyen el color de las flores y el número de extremidades de un animal. Otras características como la capacidad de montar bicicleta se aprenden mediante interacciones con el medio ambiente y no pueden transmitirse a la siguiente generación. Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • Cada organismo requiere de un grupo de instrucciones para especificar sus rasgos. La herencia es el traspaso de estas instrucciones de una generación a otra. • La información hereditaria se encuentra en los genes localizados en los cromosomas de cada célula. Cada gen transporta una sola unidad de información. El rasgo heredado de un individuo puede determinarse por uno o por muchos genes, y un solo gen puede influenciar más de un rasgo. Una célula humana contiene muchos miles de genes diferentes.
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EPM Lección 8: Y el veredicto es... (Visita pre exposición) Objetivo: Al final de esta lección, los alumnos comprenderán mejor el patrón único que el ADN forma en cada individuo, y cómo dicho patrón puede usarse para identificar criminales.
Enlace curricular: Esta lección funcionaría bien luego de un debate de las pruebas genéticas (consultar Lección 7 de escuela primaria/media) y los derechos a la privacidad de los pacientes.
Enlace de la exposición: Detective de ADN En esta sección de la exposición, los observadores verán muestras de ADN verdadero y tendrán la oportunidad de manipular una muestra interactiva para simular la comparación de muestras de ADN con aquellas tomadas en un lugar donde se cometió un crimen. Tiempo necesario: Preparación del maestro: Una hora
Tiempo de clase: 30 minutos
Materiales necesarios: • Suficientes códigos de barras comerciales con los números cortados para que cada pareja de alumnos tenga siete —seis que sean diferentes más un séptimo que sea el mismo que uno de los seis (montado en papel pesado para volverlo a usar) • Hojas de papel de laboratorio con espacio para anotar las observaciones • Lupas • Almohadilla de tinta • Toallitas húmedas o papel toalla humedecido
Pasos/Actividad de clase: 1. Presente la lección con un debate sobre la identidad única contenida en los genes de un individuo. 2. Discuta el hecho de que el ADN es como una huella digital, en que es único para cada individuo y puede usarse para identificarlos, aunque no sea visible a simple vista. 3. Los alumnos deberán dejar sus huellas digitales en la hoja de laboratorio. Ellos deberán comparar las huellas digitales con las de un compañero para buscar similitudes y diferencias. 4. Entregue a cada pareja de alumnos seis códigos de barras y dígales que éstas representan las muestras de ADN de seis sospechosos de un crimen. Deberán utilizar las lupas para estudiar las muestras y anotar las similitudes y diferencias. 5. Entregue a cada pareja de alumnos un código de barras adicional que represente el ADN de la sangre encontrada en el lugar del crimen. 6. El código de barras que representa la muestra tomada en el lugar del crimen será similar al de uno de los sospechosos. 7. Continúe el debate concentrándose en cómo el ADN ayuda a resolver crímenes y a exonerar a aquellos que se les acusa, pero que son inocentes.
Extensiones y modificaciones: Primaria: • Saque copias ampliadas de los códigos de barras sospechosos y cópielas o péguelas en un papel. • Use menos de seis sospechosos. • Enfatice que las “huellas” genéticas sólo se ven con un poderoso microscopio. • Extensión matemática: si se amplía la idea de que un código de barras es una serie de formas geométricas, los alumnos podrán utilizar formas geométricas —sin limitarse a las líneas o las elipsis alargadas— para crear un diseño en papel e intercambiar con otro alumno. Los alumnos deberán tratar de recrear una "muestra similar" al diseño sin asemejarse al original. Media: • Puede que no sea necesario realizar la actividad introductoria de las huellas digitales de los alumnos.
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• Para aumentar el desafío, haga una de las siguientes actividades: o Entregue el grupo compatible a sólo un grupo de alumnos. o Dígale a los alumnos que el caso es “urgente” y establezca un límite de tiempo. o Entregue una mitad del conjunto del código de barras (izquierda o derecha) y pregúnteles si pueden aseverar con certeza quién lo hizo. • Los grupos de alumnos deberán imaginar posibles crímenes que incluyan a seis sospechosos, pero sólo uno será el culpable del crimen, y gracias a la evidencia brindada por el ADN, el culpable será condenada. Términos importantes: código de barras, código genético, huella digital, ADN
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Nombre algunas formas en que la obtención de las huellas genéticas podría salvar vidas. 2. ¿Cómo podría la obtención de huellas genéticas influenciar el resultado de un juicio por asesinato? ¿Cómo repercutiría en el caso si el sospechoso cuyo ADN es igual al de la evidencia tuviera un hermano gemelo? 3. Existen muchos ejemplos de personas que están en prisión que fueron condenadas sin la ayuda de la evidencia provista por el ADN. Para muchos, existe la capacidad ahora de evaluar la evidencia con muestras de ADN y compararlas con muestras de la persona condenada; sin embargo, esto es costoso. ¿Cree que deberían reexaminarse los casos y evaluar el ADN de las personas que fueron condenadas sin la evidencia del ADN? 4. ¿Quién opina usted que debería tener un acceso más fácil a su ADN: un juez o su empleador? ¿Por qué?
Normas nacionales tratadas: Contenido K-4 Norma C – Los ciclos de vida de los organismos • Muchas características de un organismo se heredan de los padres del organismo, pero otras características provienen de las interacciones de un individuo con el medio ambiente. Las características heredadas incluyen el color de las flores y el número de extremidades de un animal. Otras características como la capacidad de montar bicicleta se aprenden mediante interacciones con el medio ambiente y no pueden transmitirse a la siguiente generación. Contenido 5-8 Norma C – La base molecular de la herencia • La información hereditaria se encuentra en los genes localizados en los cromosomas de cada célula. Cada gen transporta una sola unidad de información. El rasgo heredado de un individuo puede determinarse por uno o por muchos genes, y un solo gen puede influenciar más de un rasgo. Una célula humana contiene muchos miles de genes diferentes.
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UNIDAD 2 9º a 12º grado Ciencias
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ES Lección 1: UN INDIVIDUO ÚNICO (Visita pre exposición) Objetivos: Los alumnos aprenderán que el ADN es la molécula que ocasiona que cada individuo sea diferente. Los alumnos relacionarán el tamaño y la ubicación del ADN con otras partes del cuerpo tales como la célula, el núcleo y los tejidos.
Conexión curricular: Esta lección es una excelente introducción a una unidad sobre el ADN y la genética. Los alumnos estudiarán sobre las diferencias y similitudes entre los compañeros de clase y relacionarán estas diferencias con su ADN. Aprovecharán el conocimiento previo que tengan del ADN y completarán una actividad donde las muchas palabras asociadas con la unidad se pondrán en contexto. Si bien esta lección aprovechará las ideas preconcebidas de los alumnos sobre el ADN, no requiere conocimiento previo del ADN. No obstante, los alumnos deberán tener conocimiento sobre las partes de la célula, las enzimas y las moléculas orgánicas.
Enlace de la exposición: Esta lección se conecta con El secreto de usted de la exposición, ayudando a poner en perspectiva el hecho de que sus genes y su ADN son el secreto de su persona.
Tiempo necesario: 45 minutos
Materiales necesarios: Cada pareja de alumnos deberá tener por lo menos un conjunto de: • Fichas con las palabras: CUERPO HUMANO, ÓRGANO, TEJIDO, CÉLULA, NÚCLEO, GENOMA, CROMOSOMA, GEN • Fichas con las palabras: ENZIMA, ÁCIDO NUCLEICO, MONOSACÁRIDO y NUCLEÓTIDO
Actividad de enfoque: Los alumnos deberán trabajar en parejas para hacer una lista con diez diferencias entre los dos. Esta actividad podría dejarse inconclusa a propósito. Los alumnos deberán pensar en tres razones que fundamenten estas diferencias.
Pasos de clase: 1. Escuche las respuestas de diferentes grupos de compañeros. Si nadie responde, guíe a los alumnos hacia la idea de que el ADN es la causa principal de las diferencias entre ellos. 2. Los alumnos deberán hacer un sencillo mapa redondo del ADN. (Ésta es una gran manera de descubrir cuánto saben ya los alumnos sobre el tema que usted está a punto de presentar.) Para hacer sus mapas, los alumnos deberán dibujar un pequeño círculo con la palabra ADN en él y luego dibujar un círculo mucho más grande alrededor del primer círculo. Dentro del círculo externo, los alumnos deberán anotar diez cosas que asocien con el ADN. Aliéntelos a escribir cualquier idea que tengan, incluso cuando teman que esas ideas puedan ser erróneas. 3. Comente sus respuestas y cualquier idea falsa. 4. Permita que los alumnos trabajen con el mismo compañero de la vez pasada. Entregue a cada pareja un conjunto de fichas con las siguientes palabras en ellas: CUERPO HUMANO, ÓRGANO, TEJIDO, CÉLULA, NÚCLEO, GENOMA, CROMOSOMA Y GEN. Las fichas no deben estar en orden. 5. Los alumnos deberán tratar de ponerlas en orden desde la más grande a la más pequeña. Los alumnos no sabrán probablemente TODAS las respuestas, pero resista la tentación de ayudarlos demasiado. Más bien, responda a sus preguntas con preguntas como: "¿dónde se encuentra el núcleo?, ¿qué tan grande es una célula?, ¿qué es un genoma?, ¿qué es un cromosoma?". (Recuerde: el ADN de una sola célula humana estirada tiene dos metros de largo, así que el orden adoptado por algunos puede originar un debate según el conocimiento que tengan.) 6. Cuando los alumnos hayan finalizado, comente las respuestas, y Ahora entregue a los grupos cuatro fichas adicionales: ENZIMA, ÁCIDO NUCLEICO, MONOSACÁRIDO y NUCLEÓTIDO.
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7. Instruya a los alumnos a que agreguen cuatro fichas en el otro grupo de fichas que han secuenciado. Esta parte será más desafiante. 8. Los cromosomas son más pequeños que el núcleo, pero la mayoría de las moléculas serán más grandes que las enzimas, que son proteínas. Un cromosoma está conformado TANTO de ácido nucleico y de proteína histona. Un nucleótido contiene un monosacárido, un grupo fosfato y una base nitrogenada. El monosacárido deberá ser el más pequeño de todos. 9. Cuando los alumnos hayan finalizado, comente las respuestas correctas y nuevamente hágales corregir lo que sea necesario. 10. Los alumnos deberán definir todas las palabras que no se han presentado previamente (consultar términos importantes).
Extensiones y modificaciones: • Los alumnos podrían hacer un diagrama del cuerpo humano e ilustrar cada una de las palabras en las fichas de su diagrama con los tamaños apropiados mostrando dónde se encontraría cada uno. Puede incluir una sección específica y más de cerca en el diagrama que les permita a los alumnos llegar a los componentes de una célula. • Para alumnos más avanzados, salte al Paso 7 y en lugar de eso pídales que piensen en cinco o seis conceptos y términos relacionados de unidades anteriores que ya hayan sido estudiadas. • Para alumnos de niveles inferiores, saltee los Pasos 7 al 9. Términos importantes: ADN, genoma, cromosoma, gen, ácido nucleico, nucleótido
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Las principales diferencias entre usted y alguien más pueden atribuirse a su ADN. Sin embargo, los hermanos gemelos tienen un ADN idéntico, pero no siempre muestran el mismo comportamiento y destrezas. ¿Por qué? 2. Cuando se le concibió, estaba hecho de solo una célula con una copia única del ADN que lo hizo quien es usted en la actualidad. Sin embargo, ahora está conformado por millones de células, la mayoría de las cuales contiene copias de su ADN, el mismo ADN de aquella primera célula. Hable sobre algunas cosas que tuvieron que sucederle a la célula original y a las moléculas del ADN desde el momento de la concepción hasta el día actual. (Ejemplo; crecimiento, división) 3. Sus progenitores le transmitieron el ADN que lo hace quien es. Debata algunas ideas sobre por qué usted y sus hermanos y hermanas no son idénticos aunque tengan los mismos padres. 4. ¿Hubo rasgos de sus compañeros que nunca habían observado anteriormente? ¿Notó algún rasgo suyo que nunca había observado previamente?
Recursos adicionales: ADN desde el inicio http://www.dnaftb.org/dnaftb/ Un sitio web educativo maravilloso que contiene información básica sobre el ADN y la genética. Contiene extractos de video, animaciones y excelentes enlaces. Libro de texto — Biología: The Dynamics of Life. Glencoe, 2002
Normas nacionales tratadas: Norma C – La base molecular de la herencia En todos los organismos, las instrucciones para especificar las características de los organismos se llevan en el ADN.
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ES Lección 2: Cómo se convirtió en un individuo único (Visita post exposición) Objetivos: 1. Los alumnos comprenderán cómo se transmiten los rasgos de los padres a los hijos por meiosis y fertilización. 2. Los alumnos comprenderán que la combinación de los alelos que forman un gameto es aleatoria.
Conexión curricular: Esta lección debe enseñarse antes de mostrar a los alumnos cómo hacer los tableros de Punnett. Los alumnos deberán entender de manera básica la meiosis y las palabras gameto, gen, alelo, dominante, recesivo, homocigótico, heterocigótico, fenotipo y genotipo.
Enlace de la exposición: Esta lección se conecta con La herencia y la máquina de herencia. Refuerza los conceptos de las parejas de cromosomas y la herencia aleatoria de rasgos de los padres.
Tiempo necesario de clase: 75 minutos
Materiales necesarios: Cada alumno necesita tener dos pares de dos cuadrados de 1"x1" engrapados con el siguiente: • Cartulina roja etiquetada Cromosoma A • Cartulina verde etiquetada Cromosoma B • Cartulina azul etiquetada Cromosoma C • Cartulina amarilla etiquetada Cromosoma D
Actividad de enfoque: Pídales a los alumnos que hagan una lista de algunos rasgos que podrían transmitirse de padres a hijos.
Pasos de clase: 1. Comente sus respuestas e indíquele a los alumnos que ellos deberán enfocarse en cuatro rasgos en especial. Haga una lista de cuatro rasgos en la pizarra: pulgar del autoestopista, pico de viuda, poder enrollar la lengua, pecas. Elija alumnos como modelos para mostrar los rasgos que los alumnos no conocen. 2. Divida a los alumnos en parejas. Distribuya la separata. Los alumnos deberán identificar si tienen los rasgos en la pizarra y determinar los rasgos de dos bebés hipotéticos. Muéstreles a los alumnos cómo determinar sus genotipos y fenotipos simulando el procedimiento. Haga conexiones entre lo que ya saben sobre la meiosis y cómo están conformados los gametos. Los pasos 2 y 3 de la separata representan los pasos de la meiosis, mientras que el paso 4 representa la fertilización. 3. Finalice la clase con preguntas para un debate oral o escrito.
Extensiones y modificaciones: • En las clases se podrían investigar más los rasgos físicos y repetir la actividad con ellos. • Los alumnos más avanzados podrían explorar cómo la actividad cambiaría si dos de los rasgos han sido localizados en el mismo cromosoma. • Para alumnos de nivel inferior, escriba los alelos en cada cartulina con anticipación. Luego los alumnos deberán llenar la tabla y completar la actividad. Términos importantes: meiosis, gametos, heterocigótico, genotipo, fenotipo, alelo, pulgar del autoestopista, pico de viuda, poder enrollar la lengua, cromosoma.
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Preguntas motivadoras para debatir: 1. El proceso de la meiosis da lugar a las células del sexo y la fertilización es la combinación de las células de sexo masculino y femenino para crear un bebé. Explique qué partes de esta actividad simularon la meiosis y qué pasos simularon la fertilización. 2 Hable sobre cómo los procesos de la meiosis y la fertilización siempre aseguran que la cantidad de cromosomas en una especie siga siendo la misma. 3 Algunos humanos nacen con demasiados o muy pocos cromosomas. ¿Cómo podría suceder esto? Utilice el proceso de la meiosis en su conversación. 4 Observe los dos niños que se crearon en esta actividad. Es improbable que sean exactamente iguales. Los seres humanos heredan miles de rasgos de sus padres. Al usar esta actividad, explique por qué es improbable que dos seres humanos cualesquiera que no sean gemelos sean idénticos.
Recursos adicionales: Página de información de rasgos humanos http://www.edquest.ca/Projects/GHTS/traits.html Contiene todos los rasgos en esta actividad además de otros con figuras de los rasgos El pulgar del autoestopista http://www.ncrtec.org/tl/camp/gene/thumbs.htm Una imagen excelente de la diferencia entre el pulgar del autoestopista y de un pulgar normal
Normas nacionales tratadas: Norma C – La base molecular de la herencia La mayoría de las células de un humano contiene dos copias de cada uno de los 22 diferentes cromosomas. Además, hay un par de cromosomas que determina el sexo: la hembra contiene dos cromosomas X y el macho uno X y uno Y. La transmisión de la información genética a los vástagos ocurre a través de células de óvulo y esperma que contienen sólo un representante de cada par de cromosomas. Un óvulo y un esperma se unen para formar un nuevo individuo. El hecho de que el cuerpo humano se forme a partir de células que contienen dos copias de cada cromosoma —y por lo tanto dos copias de cada gen— explica muchas características de la herencia humana tales como la forma en que las variaciones que están escondidas en una generación se pueden expresar en la siguiente.
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ES Lección 2 Separata para el alumno: LA GENÉTICA DE LA PATERNIDAD Nombre: ___________________________________ Fecha: ______________ 1. En esta actividad, estaremos observando cuatro rasgos: • PULGAR DEL AUTOESTOPISTA – No lo tienen (S) (pulgar derecho) Lo tienen (s) • PICO DE VIUDA – Lo tienen (P) No lo tienen (p) • PODER ENROLLAR LA LENGUA - Puede (R) No puede (r) • PRESENCIA DE PECAS – Con pecas (F) Sin pecas (f) Para cada uno de los rasgos, debe determinar si lo tiene o no. Registre esta información en el fenotipo. Por ejemplo, si no tiene un pulgar de autoestopista, escribirá “No lo tengo”. Luego, registrará su genotipo. Si tiene el rasgo dominante, para el propósito de esta actividad, su genotipo debe ser heterocigótico. Por ejemplo, si no tiene un pulgar de autoestopista, podría ser SS o Ss. Para nuestros propósitos registrará un Ss, ya que éste es el genotipo heterocigótico. RASGOS PROPIOS Fenotipo
Genotipo
RASGOS DEL COMPAÑERO Fenotipo
Genotipo
2. Ahora, escriba el alelo de su genotipo en los cuadrados de cartulina que su maestro le entregue. Estos cuadrados representan cromosomas, que están conformados por dos cromátidas hermanas idénticas. Utilice un color diferente para cada rasgo y ponga un alelo por cada par de cuadrados. Por ejemplo, si su genotipo es Ss, escribirá una 'S' en cada par de cuadrados rojos y una 's' en cada par de la otra pareja de cuadrados rojos. Su compañero deberá hacer lo mismo para sus rasgos. Asegúrese de coordinar el color con su compañero de manera que si escoge rojo para su rasgo de pecas, su compañero también escoja rojo para las pecas. 3. Ahora, "haga meiosis" con sus alelos haciendo dos pilas. Cada pila obtiene un par de cada color de cuadrados. Escoja sus alelos al azar - ¡no mire! Acaba de completar la Meiosis I. Ahora, separe cada par engrapado en cuadrados individuales de manera que termine con cuatro pilas. Acaba de completar la Meiosis II y cada pila representa los gametos para su posible bebé. Escriba sus alelos escogidos a continuación: _ _ _ _, _ _ _ _, _ _ _ _, y _ _ _ _ 4. Escoja uno de sus gametos del nº 3 y complete su columna en la tabla de abajo. Comparta la información de su gameto con su compañero, complete la tabla y determine el fenotipo de su primer hijo (¡felicitaciones!). Escoja al azar otro gameto y repita este paso para determinar las características del Bebé nº 2.
BEBÉ nº 1 BEBÉ nº 2 Genotipo Alelo suyo Alelo del Genotipo Fenotipo Alelo suyo Alelo del compañero compañero Pulgar de autoestopista Pico de viuda Poder enrollar la lengua Pecas
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Fenotipo
ES Lección 3: La estructura del ADN (Visita pre exposición) Objetivo: Los alumnos describirán la estructura de la doble hélice, explicarán cómo el ADN se copia a sí mismo, reconocerán que la secuencia de ADN es la que nos hace únicos a cada uno de nosotros, y reconocerán que las similitudes en la secuencia del ADN indican las relaciones y las semejanzas entre las especies.
Conexión curricular: Esta lección deberá enseñarse al inicio de una unidad sobre el ADN. Sólo se necesita conocimiento básico de que el ADN es el material hereditario. Sobre este conocimiento, los alumnos construirán un modelo de ADN y simularán el proceso de replicación.
Enlace de la exposición: Esta lección se relaciona directamente con ¿Qué es el ADN? en la exposición que habla de la conexión entre el ADN y los genes y permite a los alumnos enroscar la estructura de doble hélice y conectar las nuevas bases para crear dos nuevas copias de ADN. Asimismo, se conecta con ¿Qué tan similar es usted? y ¡Cierre/Abra!, que trata sobre las similitudes entre las secuencias del ADN en humanos y en varias especies.
Tiempo necesario: 90 minutos
Materiales necesarios: Para cada alumno: • Lápices o marcadores • Tijeras • Cinta adhesiva • Papel • Aquí se muestran dos copias de parejas de nucleótidos
Actividad de enfoque: Divida a los alumnos en parejas. Escriba las siguientes oraciones en la pizarra: 1. 2. 3. 4.
El ADN de cada célula tendría seis pies de largo si se estirara. Su ADN es 99.9% el mismo que el de la persona que se sienta a su lado. Su ADN es 90% igual al de un ratón. Su ADN es 60% igual que el de una mosca de la fruta.
Los alumnos deberán decidir y fundamentar por qué cada una de las afirmaciones de arriba es verdadera o falsa. (Todas son verdaderas.)
Pasos de clase: 1. Dígales a los alumnos que todas las afirmaciones son verdaderas. Pregunte qué hay en el ADN que nos hace 99.9% similar a otros humanos. Los alumnos deberán contribuir con sus propias ideas, luego guíelos a la idea de que la estructura y la secuencia del ADN nos hacen únicos. Mientras más similar sea el ADN, más estrechamente relacionadas serán las especies (o un individuo en una especie) desde el punto de vista evolutivo. 2. Una vez que haya establecido que la estructura del ADN nos hace únicos y similares a otros, entregue a los alumnos información básica sobre la estructura. El ADN está conformado por nucleótidos. Cada nucleótido tiene tres partes: azúcar de cinco carbones (desoxirribosa), fosfato y una base nitrogenada. Hay cuatro bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina y guanina. Estos nucleótidos se juntan para formar dos cadenas, en donde las bases nitrogenadas se conectan en la mitad de las dos cadenas. La adenina se une a la timina, la citosina a la guanina. Las dos cadenas se entrelazan una con otra para formar lo que se conoce como doble hélice. Muéstreles a los alumnos una imagen de una doble hélice.
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3. Entrégueles a los alumnos las réplicas de nucleótidos de papel, lápices/marcadores, tijeras y cinta adhesiva. Los alumnos deberán seguir aún en parejas; sin embargo cada persona pintará, cortará y construirá su propio modelo. Indíqueles que pinten cada parte del nucleótido con un color específico. Es decir, que pinten todos los fosfatos de un solo color, todas las desoxirribosas de otro color y todas las adeninas de otro, etc. Luego, dígales a los alumnos que corten cada nucleótido y únalos como una molécula de ADN. Un compañero deberá pegar sus cadenas juntas, pero no debe pegarlas en el medio. (Los alumnos deberán poder abrir y cerrar la cadena de ADN que construyeron.) El modelo del otro compañero deberá colocarse al lado, pero no debe pegarse en otro lado. Hágales saber que ellos tendrán que ser creativos para que la hélice encaje (por ejemplo, podrían tener que darle la vuelta a algunas de las bases para llegar a la otra cadena). 4. Cuando hayan finalizado, dígales a los alumnos que usted usará las estructuras de ellos para simular la forma en que el ADN se copia a sí mismo mediante la replicación. Los alumnos deberán tomar el modelo con los lados pegados y separar las dos cadenas. (Este es el primer paso de la replicación, donde la molécula de ADN se parte). Luego deberán usar los nucleótidos sin pegar de su compañero, trayendo cada nucleótido y pegándolo con la base apropiada. (Este es el segundo paso de la replicación donde los nucleótidos flotantes libres vienen y se juntan con cada una de las antiguas cadenas). Finalmente, pídale a los alumnos revisar sus dos nuevas cadenas de ADN para asegurar que no se cometa ningún error. (Este es el tercer paso de la replicación, donde una enzima revisa si hay errores.) 5. Al terminar, todos los alumnos deberán pegar sus modelos en un papel blanco para mostrarlos. Indique cómo hacer una cadena con un molde y cómo cada cadena tiene una parte “vieja” y una parte “nueva” y piense por qué valdría la pena copiar y revisar eso.
Extensiones y modificaciones: • Utilice todas las moléculas del ADN construidas por la clase para construir una molécula gigante de ADN y mostrarla en su aula. • Para alumnos de nivel inferior, saltee el paso 4 y dígales que sólo peguen sus modelos en un papel para mostrarlos. • Para alumnos más avanzados, no escriba adenina, timina, citosina y guanina. Déjelos que completen las bases nitrogenadas apropiadas con el fin de construir el modelo. Términos importantes: ADN, nucleótido, base nitrogenada, replicación, adenina, timina, citosina, guanina.
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Su ADN es 98.4% similar al de un chimpancé y 50% similar al de un plátano. ¿Cómo puede su genoma ser similar a los de ellos? ¿Qué tienen en común sus células con las del plátano? ¿Qué hay de similar con el ADN? ¿Qué indica esto sobre su relación con otras especies? 2. Cada célula en su cuerpo, salvo los hematíes, contiene una copia de su ADN. Cuando se le concibió, estaba hecho de una sola célula. Explique cuán importantes son los pasos la replicación en el crecimiento y mantenimiento de su cuerpo. 3. Hable sobre por qué el emparejamiento de bases específicas es fundamental en el proceso de la replicación. 4. Hable sobre la importancia del paso final de la replicación donde la enzima verifica si hay errores.
Recursos adicionales: Taller de ADN – Replicación del ADN http://www.pbs.org/wgbh/aso/tryit/dna/replication.html Este sitio web patrocinado por PBS brinda excelente información básica sobre la estructura y la replicación del ADN. Replicación del ADN http://www.eurekascience.com/ICanDoThat/dna_rep.htm Este sitio web está diseñado para niños y brinda de manera sencilla una excelente explicación del proceso simulado en esta lección.
Normas nacionales tratadas: Norma C – La base molecular de la herencia En todos los organismos, las instrucciones para especificar las características del organismo se transportan en el ADN, un polímero grande formado de las subunidades de cuatro clases (A, G, C y T). Las propiedades químicas y estructurales del ADN explican cómo la información genética que subyace a la herencia está codificada en los genes (como un collar de “letras” moleculares) y se replica (por un mecanismo de moldeo).
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ES Lección 4: Proteínas, proteínas (Visita pre o post exposición) Objetivo: Al completar esta lección, los alumnos podrán explicar cómo el ADN dirige la producción de las proteínas.
Conexión curricular: Esta lección deberá enseñarse luego de una clase sobre transcripción y traducción. Es una clase complementaria para reforzar los conceptos de transcripción y traducción, simulando los procesos. Los alumnos deberán conocer los pasos de ambos procesos y comprender las palabras codón y anticodón. Los alumnos deberán contar con conocimiento previo sobre las diferencias entre el ARN y el ADN y la función de las enzimas.
Enlace de la exposición: Esta lección refuerza las ideas presentadas en La Fábrica de Galletas, donde los pasos de la síntesis proteínica se comparan con las partes de la fábrica de galletas. Asimismo, refuerza la importancia de las proteínas como se detalla en ¿Qué son proteínas?
Tiempo necesario: 90 minutos
Materiales necesarios: • • • • • • •
Para cada alumno: una copia de las siguientes formas: Cuatro diferentes colores de cartulina – una de cada color Tira de cartulina de 1"x12" (un color diferente a las cuatro anteriores) Tijeras Cinta adhesiva o pegamento Clips para papel Proporcione moldes para ARNt (abajo)
Actividad de enfoque: Forme parejas de alumnos. Escriba las siguientes palabras en la pizarra en el siguiente orden: AZÚCAR, PROTEÍNA, ADN, GRASAS, AGUA Con su compañero, el alumno deberá listar los ítems desde los más abundantes hasta los menos abundantes en el cuerpo humano. (No conocerán la respuesta, pero tratarán de adivinarla como mejor puedan.)
Pasos de clase: 1. Pregúnteles a los alumnos sobre sus respuestas. Cuando las comente, asegúrese de que los alumnos sepan que la molécula más abundante en el cuerpo es el agua, seguida de la proteína. Los montos relativos de ADN, azúcar y grasas varían de acuerdo a la persona, pero usted podría Conversar con ellos sobre cuál creen que sería el más abundante y por qué. 2. Hable sobre la importancia de las proteínas. Muchas proteínas actúan como enzimas, algunas sirven como pasadizos hacia la célula, y algunas ayudan a brindar estructura en diversos lugares del cuerpo. 3. Revise los procesos de transcripción y traducción. Enfatice que el ADN es muy importante, ya que dirige la producción de proteínas.
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4. Escriba la siguiente secuencia en la pizarra, y pregúntele a los alumnos si es ADN o ARN: TACGGCACGATT. Los alumnos deberán copiar la secuencia de ADN en un papel. 5. Revise el proceso de transcripción. Los alumnos deberán anotar la secuencia del ARN que provendría del ADN en la pizarra. 6. Distribuya el material: moldes base, papel, tijeras, goma y cinta adhesiva. Al usar los moldes de las cuatro bases nitrogenadas de ARN, los alumnos deberán corregir la cantidad de formas que necesitan para su cadena de ARN. Utilice un color diferente para cada tipo diferente de base. Para este fin, ellos deberán pegar las bases a la tira de 1"x12". (La secuencia deberá ser AUGCCGUGCUAA). Ellos acaban de completar la transcripción. 7. Utilice una imagen de una molécula de ARNt para revisar con los alumnos lo que la molécula de ARNt hace. Ellos deberán cortar tres moléculas en forma de ARNt para ayudar a realizar la traducción. 8. Revise lo que es un anticodón. Para el primer codón de AUG, pregunte a los alumnos lo que sería el anticodón. Luego, ellos deberán cortar una U, una A y una C y pegarlos en la parte inferior de la molécula de ARNt. Pegue las bases para que se unan a la cadena de ARNm. 9. Pregunte lo que se encontraría en la parte superior del ARNt. Use la tabla del codón en sus libros, y dígales que encuentren que el AUG es el codón para el aminoácido metionina. Ellos deberán cortar un cuadrado y escribir metionina y colocar el papel con un clip en la parte superior de la molécula de ARNt. 10. Repita los Pasos 9 y 10 con el segundo codón. El anticodón deberá ahora ser GGC y el aminoácido deberá ser la glicina. Con dos moléculas de ARNt enlazadas al ARNm, pegue con cinta adhesiva o pegamento el primer aminoácido con el segundo aminoácido. Una vez que hayan realizado esto, ese primer ARNt está libre para salir. Póngalo a un lado. 11. Repita los Pasos 9 y 10 para el codón tres: el anticodón AGC y el aminoácido cisteína. Engrape o pegue los dos primeros aminoácidos con el tercer aminoácido. Ahora, el segundo ARNt está libre para salir. 12. Los alumnos deberán notar que el último codón es un codón de detención. No hay molécula de ARNt para un codón de detención, de manera que el proceso está ahora completo. Libere la proteína del último ARNt.
Extensiones y modificaciones: • Para los alumnos de nivel inferior, haga la secuencia del ARNm y las moléculas ARNt para los alumnos, y déjelos simplemente simular los pasos. • Para alumnos más avanzados, tipee un conjunto de instrucciones para que las sigan y realicen el proceso de forma más independiente. • Para agilizar el proceso, corte las bases para los alumnos y prepare las moléculas de ARNt previamente. Aún deben construir la cadena de ARNm solos.
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Compare los pasos de transcripción y traducción con los procesos que tienen lugar en una fábrica de galletas. Haga analogías para cada paso a lo largo del camino. 2. Si usted está conformado por miles de proteínas únicas en su cuerpo, ¿qué conclusiones puede sacar sobre su secuencia de ADN? ¿Qué podría suceder si se interrumpiera de alguna forma su secuencia de ADN? ¿Por qué podría ser buena idea usar ARNm para dirigir la síntesis de la proteína en lugar de copiar el ADN directamente? 3. Comente sobre la importancia de que cada molécula de ARNt lleva un aminoácido específico. ¿Qué sucedería si el aminoácido no siempre fuera el mismo para cada anticodón? 4. ¿Qué podría suceder si el ADN que ocasionó un codón de inicio o de detención se dañara o mutara en algo más?
Recursos adicionales: Síntesis de la proteína – Muestra de transparencias de PowerPoint http://www.ccds.charlotte.nc.us/richards2/Protein%20Synthesis/sld001.htm Esto otorga una buena visión general del proceso integral, pero los gráficos también representan muy bien el proceso que los alumnos están simulando en esta actividad. Libro de texto: Miller, Kenneth y Joseph Levine. Biology. Prentice-Hall, 2002.
Normas nacionales tratadas: Norma C – La base molecular de la herencia En todos los organismos, las instrucciones para especificar las características del organismo se transportan en el ADN, un polímero grande formado de las subunidades de cuatro clases (A, G, C y T). Las propiedades químicas y estructurales del ADN explican cómo la información genética que subyace a la herencia está codificada en los genes (como un collar de “letras” moleculares) y se replica (por un mecanismo de moldeo).
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ES Lección 5: Refutar la prueba (Visita pre o post exposición) Objetivos: 1. Los alumnos se darán cuenta de que una evolución de descubrimientos ha llevado al conocimiento de la genética que los científicos actualmente poseen. 2. Los alumnos comprenderán cómo los experimentos genéticos refutaron teorías previas sobre la herencia.
Conexión curricular: Esta lección se enseña mejor al final de una unidad sobre genética. Los alumnos tendrán conocimiento previo de los experimentos de Mendel y los principios básicos sobre la estructura del ADN y cómo se controla la síntesis de las proteínas.
Enlace de la exposición: Esta actividad se conecta con el Descubrimiento y ayuda a los alumnos a comprender mejor el propósito y la secuencia de descubrimientos realizados. Asimismo, se conecta con las etapas del descubrimiento como se estipula en la exposición: Descubrir el secreto, Descifrar el código, Cortar y pegar y Carrera a la frontera.
Tiempo necesario de clase: Una hora
Materiales necesarios: • Papel y lápiz • Libro de texto de biología
Actividad de enfoque: Revise con los alumnos lo que se sabe actualmente sobre la transmisión de genes de padres a hijos. Cada padre dona la mitad de los cromosomas. Los rasgos se heredan como unidades selectivas, etc. Recuérdeles que no siempre lo hemos creído o comprendido de esta manera. Los alumnos deberán trabajar en parejas y pensar en ideas alternativas en las que las personas creyeron en algún momento sobre cómo se obtenían sus características.
Pasos de clase: 1. Debata las respuestas de los alumnos. Luego, escriba en la pizarra las siguientes ideas que las personas solían creer sobre la herencia: A. (384 AC - 1800) - Aristóteles – Los óvulos y el esperma se forma en el cuerpo a partir de partículas llamadas pangenes, que se juntan provenientes de todas partes del cuerpo, principalmente de la sangre. B. (años de 1600) - Leeuewenhoek – Todos los rasgos heredados provienen del padre; la madre es sólo la incubadora de los hijos. C. (años de 1600) - Regnier de Graaf – Todos los rasgos heredados provienen de la madre; el esperma es sólo el catalizador que estimula el crecimiento del óvulo. D. (principios de 1800) - Teoría de la mezcla – Los rasgos de los padres se mezclan irreversiblemente como se hace con las pinturas para formar los rasgos de los hijos. E. (mediados de 1800) - Darwin y Lamarck – Los cambios que ocurren en diversas partes del cuerpo durante la vida de una persona podrían transmitirse a la siguiente generación. 2. Los alumnos deberán usar sus libros de texto u otros recursos que usted seleccione para encontrar fundamentos que muestren que estas ideas son erróneas. Los alumnos deberán encontrar aspectos específicos del experimento de Mendel que demostraron que estas teorías eran incorrectas. 3. Luego de comentar algunas de las respuestas de los alumnos, ellos deberán asumir los papeles de algunos de estos científicos. (Asigne un científico a cada pareja de alumnos o permítales escoger uno. Cuando se publicó la evidencia de Mendel, ¿qué clase de respuesta puede haber recibido? Los alumnos deberán hacer una lista de preguntas que ellos le habrían planteado a Mendel. Esto puede llevar a un buen debate de cómo el trabajo de Mendel fue recibido en la vida real.
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Extensiones y modificaciones: • Como extensión de este paso, usted podría asumir el rol de Mendel, y cada alumno podría idear preguntas para hacerle a Mendel cuando presente sus hallazgos. • Para los alumnos de nivel inferior, podría hacer una lista de algunos de los principios más importantes del experimento de Mendel y permitirles comparar estas ideas con las teorías que ellos refutaron. • Los alumnos más avanzados podrían idear un experimento que pueda refutar lo que se entiende actualmente por herencia. • Hable sobre cómo la ciencia se basa en la evidencia experimental y cómo todas las teorías se pueden tanto probar como. Términos importantes: Gregorio Mendel, herencia
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Uno de los desafíos de un buen científico es poder garantizar que los experimentos respondan a una pregunta específica y puedan repetirse con los mismos resultados. Todos los científicos expertos en esta actividad son igualmente respetados porque la evidencia en sus experimentos es creíble. Si se toma en cuenta esto, ¿qué consideraría usted evidencia creíble en la ciencia? 2. Ha llevado más de dos mil años llegar a nuestro entendimiento actual de la herencia. Hable sobre la posibilidad de que en dos mil años podríamos tener una comprensión muy diferente de la herencia. Utilice el método científico en su debate. 3. Hable sobre cómo las ideas falsas sobre los rasgos genéticos podrían haber afectado las actitudes de las personas y sus comportamientos. Por ejemplo, si hace 200 años las personas creían que todos los rasgos provenían de las mujeres, ¿la posición de la mujer en la sociedad se habría elevado? 4. A comienzos de 1900, se estableció firmemente que ambos padres contribuían por igual con los rasgos del hijo y que los rasgos adquiridos, como la pérdida de una pierna, no se transmitían a los niños. Hable sobre las formas en que dichos descubrimientos podrían haber cambiado las decisiones que los padres pudieran haber tomado sobre tener hijos.
Recursos adicionales: Taking a Chance on Heredity: How Gregor Mendel Solved a Basic Mystery of Heredity Por Stan Dick http://classweb.gmu.edu/mgabel/unit2-math-web/mendel.pdf Este archivo en formato PDF en línea brinda información sobre diversas teorías de la herencia, concentrándose en Mendel.
Normas nacionales tratadas: Norma G – La naturaleza del conocimiento científico Puesto que todas las ideas científicas dependen de la confirmación experimental y observacional, la totalidad del conocimiento científico está, en principio, sujeta a cambio a medida que la nueva evidencia queda disponible. Las ideas principales de la ciencia como la conservación de la energía o las leyes del movimiento han estado supeditadas a una amplia gama de confirmaciones y, por lo tanto, no es probable que sufran cambios en las áreas en las que han sido evaluadas. En las áreas donde los datos o la comprensión son incompletos, tales como los detalles de la evolución humana o cuestiones relacionadas con el calentamiento global, los nuevos datos pueden llevar claramente a cambios en las ideas actuales o a resolver conflictos actuales. En situaciones donde la información es aún fragmentaria, es normal que las ideas científicas estén incompletas, por ello hay mayor oportunidad de progreso.
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ES Lección 6: Los grandes éxitos del genoma (Visita post exposición) Objetivo: Los alumnos observarán que una serie de descubrimientos han dado lugar al conocimiento de la genética que los científicos actualmente poseen.
Conexión curricular: Esta lección se enseña mejor al final de una unidad sobre la genética. Los alumnos deberán tener conocimiento previo del experimento de Mendel y saber que Watson y Crick descubrieron la estructura del ADN. En esta lección, ellos aprovecharán este conocimiento aprendiendo sobre la gran cantidad de otros científicos y experimentos que estuvieron involucrados en la comprensión del genoma humano.
Enlace de la exposición: Esta lección se conecta con todo el Descubrimiento como una revisión de las contribuciones de los muchos científicos involucrados.
Tiempo necesario de clase: 90 minutos
Materiales necesarios: • Diapositivas que muestren la lista de científicos y sus descubrimientos Para cada alumno: • Marcadores o lápices de color • Cartulina • Tijeras
Actividad de enfoque: Divida la clase en equipos de dos o tres de acuerdo al tamaño de la clase. Muestre las diapositivas con el proyector . Luego, los equipos deberán escoger 10 de los científicos que ellos consideren que hicieron los aportes más importantes a la comprensión de las moléculas relacionadas con la herencia. Pasos de clase: 1. Cada equipo deberá ahora diseñar un CD titulado "Los Grandes Éxitos del Genoma". Deberán incluir el nombre del artista o del científico y el nombre de una canción que describa su contribución, por ejemplo, “Tuerza esa hélice” de Watson y Crick". 2. Deberán diseñar su CD con la cartulina y escribir los nombres de cada una de las canciones y los artistas. 3. Luego deberán escribir un breve estribillo para dos de las canciones con letras relacionadas con descubrimientos específicos de los científicos. 4. Si el tiempo lo permite, los alumnos deberán presentar sus canciones a la clase o publicarlas en el aula de clase.
Extensiones y modificaciones: • Después de la lección, los alumnos podrían escribir una canción entera para uno de los científicos como un proyecto individual. • Para alumnos más avanzados, entregue a cada grupo un científico para que investiguen sobre la contribución más importante de ese científico al campo de la genética. Cada grupo deberá resumir sus hallazgos en dos oraciones o menos. Cada grupo puede escribir su información en la pizarra, luego proceder con la actividad. • Para alumnos de nivel inferior, salte al paso 3. Términos importantes: genoma, ARN, gen, cromosoma, codón, doble hélice, transgénico
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Preguntas motivadoras para debatir: 1. Si fuera a intercambiar un CD con otro grupo, su CD probablemente contendría una serie de diferentes científicos que los que su grupo escoge. Hable sobre las características que hacen que un descubrimiento sea más importante que el otro y por qué ni siquiera dos grupos estarían de acuerdo con exactamente los mismos diez científicos. 2. En el año 2000, el genoma humano entero fue secuenciado. Hable sobre cómo los científicos que datan de 1865 contribuyeron a este gran hecho. 3. Hable sobre algunas de las cosas que los científicos pueden estar trabajando ahora, después de haber secuenciado todo el genoma. ¿Cuáles pueden ser algunos futuros “grandes éxitos"?
Recursos adicionales: Información sobre el Proyecto del Genoma Humano http://www.ornl.gov/hgmis/ Información básica auspiciada por el Departamento de Energía de EE.UU. Descubrimientos genéticos http://www.cs.stedwards.edu/~kswank/HistoryTable.html Una tabla extremadamente detallada de todos los descubrimientos relacionados con la genética. Contiene más científicos que los que aparecen en esta actividad.
Normas nacionales tratadas: Norma G – La ciencia como una empresa humana • Individuos y equipos han contribuido y seguirán contribuyendo con la empresa científica. Norma G – Perspectivas históricas • En la historia, diversas culturas han contribuido con el conocimiento científico y los inventos tecnológicos. • El trabajo diario de la ciencia y la ingeniería ocasiona mayores avances en nuestra comprensión del mundo y nuestra capacidad para satisfacer las necesidades y aspiraciones humanas. Se puede aprender mucho sobre los trabajos internos de la ciencia y la naturaleza de la ciencia a partir del estudio de científicos individuales, su trabajo diario y sus esfuerzos para adelantar el conocimiento científico en su área de estudio.
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ES Lección 6 Reproducible 1865 - Gregorio Mendel 1909 - Wilhelm Johannsen (acuñó el término "gen" reemplazando la palabra "factor" de Mendel) 1911 - Thomas Hunt Morgan (demostró que los cromosomas contenían genes) 1939 - Rosalind Franklin, cuando era una estudiante de 19 años, realizó el primer boceto de un ácido nucleico en la forma de una hélice. 1943 - Osward Avery (los genes sugeridos están hechos de ADN, no de proteínas) 1944 - Barbara McClintock (algunos genes no están fijados en los cromosomas, pero pueden moverse alrededor como “genes salteadores") 1952 - Hershey y Chase (los genes SON EL ADN) 1953 - Watson y Crick (la estructura del ADN es una doble hélice) 1957 - Elliot Volkin y Lazarus Astrachan (el ARN está involucrado en la fabricación de las proteínas) 1961 - Sydney Brenner (el ARN actúa como un mensajero en la fabricación de las proteínas) 1961 - Marshall Nirenberg (descubrió el código de codones para los aminoácidos) 1968 - Hamilton Smith (descubrió las enzimas de restricción que pueden sacar pedazos de ADN) 1973 - Stanley Cohen y Herbert Boyer (un gen de un virus puede extraerse y adherirse a una bacteria) 1975 - Fred Sanger (inventó una forma de secuenciar largas secuencias de ADN) 1977 - Phillip Sharp y Richard Roberts (dentro de los genes hay pedazos grandes de ADN sin usar) 1981 - Frank Costantini y Elizabeth Lacy (inyectó genes de conejo en óvulos fertilizados de ratones y creó el primer mamífero "transgénico") 1983 - Kary Mullis (inventó una forma rápida y económica de sacar muchas copias de un pequeño pedazo de ADN) 1986 - Leroy Hood (inventó la primera máquina secuenciadora de ADN automatizada) 1990 - Proyecto del Genoma Humano (diversos científicos realizaron el proyecto de secuenciar todo el genoma humano) 2000 - Proyecto del Genoma Humano (se completó el primer borrador del genoma humano)
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ES Lección 7: ¿A dónde vamos desde aquí? (Visita pre exposición) Objetivos: 1. Los alumnos aprenderán que los temas genéticos influencian muchas áreas de la vida como la medicina, la alimentación y la agricultura, y la ley. 2. Los alumnos sabrán que hay muchos asuntos éticos relacionados con la genética.
Conexión curricular: Esta lección se enseña mejor al final de una unidad sobre la genética, pero debe darse antes de hablar sobre las tecnologías genéticas. Sin embargo, no se necesita de mucho conocimiento previo sobre terminología genética.
Enlace de la exposición: Esta actividad se conecta con las Pruebas genéticas. Cuando les indique a los alumnos simular el proceso de toma de decisiones creará interés en el área de la exposición tratando las mismas clases de opciones éticas que las personas enfrentan actualmente o que probablemente enfrentarán.
Tiempo necesario de clase: 90 minutos
Materiales necesarios: Para cada grupo: • Un papel con una situación ética sobre la genética • Libro de texto o libro de biología o la Internet, para la investigación. (Los maestros sin fácil acceso a la Internet podrían imprimir algunas separatas de diversos sitios web para los alumnos en lugar de usar la verdadera red mundial.)
Actividad de enfoque: Divida a los alumnos en grupos de tres. Ellos deberán iniciar la actividad haciendo una lista de tecnologías genéticas que conozcan.
Pasos de clase: 1. Hable sobre sus respuestas y aclare cualquier idea falsa. 2. Entréguele a cada grupo una de las siguientes situaciones: A. Tanto usted como su esposa han perdido cada uno un hermano a causa de la enfermedad de Tay-Sachs. Usted espera poder tener hijos, pero se le deriva a un asesor genético antes de decidir con certeza. Su ingreso combinado es de $50,000, pero cuenta con seguro médico que le brinda cobertura completa. B. Usted y su esposa tienen cuarenta y tantos años de edad y han decidido que les gustaría tener otro niño. Ha escuchado que existe un gran riesgo de tener niños con síndrome de Down en mujeres mayores de 40. Su ingreso combinado es de $150,000 y su seguro proporciona el 80% de cobertura. Ya tiene dos niños saludables, una niña de ocho y un niño de seis años. C. Usted y su compañero son caucásicos. Usted tiene dos niños, ambos tienen una enfermedad rara conocida como Frágil X. Está considerando tener otro niño, de manera que busca el consejo de un asesor genético. Desea saber las posibilidades de que su siguiente hijo sufra también esa enfermedad. Su ingreso combinado es de $90,000, pero usted tiene un seguro que brinda cobertura integral. D. Usted tiene un niño de tres años que tiene fibrosis cística. Tiene dos meses de embarazo de su segundo niño; usted y su esposo se separaron hace un mes. Se le ha derivado a un asesor genético. Su ingreso es de $25,000. Usted recibirá cierta cantidad de dinero para la manutención del niño, pero no tiene seguro. E. Se acaba de casar. Usted y su cónyuge son saludables, pero el hermano del esposo tiene dos niños con anemia drepanocítica y la hermana de la esposa tiene la misma enfermedad. Usted está pensando en tener niños y ha buscado el consejo de un asesor genético. Usted y su cónyuge actualmente no tienen seguro y su ingreso combinado es de $51,000. Nota del maestro: La situación D con respecto a la fibrosis cística podría originar un debate sobre el aborto. Si desea evitar esta
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posibilidad, sencillamente omita esta situación específica. 3. Pregúnteles a los alumnos qué saben sobre la asesoría genética. Converse sobre lo que hace un asesor genético. Por ejemplo, en muchas situaciones, un asesor genético brinda información y ofrece consejo a una pareja con relación a sus posibilidades de tener un bebé, los riesgos de salud potenciales involucrados al tener un bebé, los costos asociados con tener un niño que tiene un problema genético, etc. 4. Los grupos deberán designar los roles en su grupo de acuerdo con la situación —es decir, padre, asesor genético, cónyuge—. 5. Entréguele a cada grupo una situación diferente para que cada alumno la lea en voz alta. 6. Al usar recursos disponibles en sus libros de texto, los "padres" deberán investigar los fundamentos de este trastorno. Aquellos miembros del grupo designados como "asesores genéticos" deberán unirse con otros miembros de la clase seleccionados para el mismo papel e investigar opciones posibles disponibles para los padres tales como pruebas genéticas, terapia genética y amniocentesis. El asesor deberá inclusive averiguar los costos. Luego, cada miembro volverá a su grupo original y dramatizará el proceso de toma de decisiones de acuerdo con la información sobre el trastorno, historia familiar, ingresos, seguro, etc. Por ejemplo, los padres podrían venir y contarle al asesor genético sus preocupaciones sobre el trastorno potencial. El asesor podría presentar las opciones a los padres. Luego, como grupo podrían tomar una decisión conjunta sobre qué hacer. Deberán finalizar el proceso anotando la decisión que el grupo tomó y las razones de la misma. 7. Los alumnos deberán sustentar sus posturas ante los otros miembros de la clase.
Extensiones y modificaciones: • Para más situaciones, consulte Recursos adicionales, "Dramatización de la genética". • Para alumnos de nivel inferior, elimine los aspectos económicos —ingreso y seguro— de las situaciones. También puede realizar para sus alumnos la investigación sobre los trastornos y brindarles cierta información básica. • Los alumnos más avanzados deberán investigar sobre la función de la asesoría genética y sus empleos. Términos importantes: asesor genético, amniocentesis, terapia genética
Preguntas motivadoras para debatir: 1. Usando la situación dramatizada hoy en clase, piense en una decisión alternativa y brinde razones por las cuales una persona podría tomar esta decisión. ¿Con qué clases de problemas las personas luchan al tomar dichas decisiones? 2. En esta actividad muchas personas decidieron tener un niño, mientras que otras pensaron que no valía la pena. Hable sobre los pros y los contras de las leyes gubernamentales que requieren pruebas genéticas para los padres con una historia familiar de enfermedades genéticas. Hable sobre los problemas para implementar la mencionada legislación. 3. Actualmente, la asesoría genética está sólo disponible para aquellos que pueden solventarla. ¿Este servicio estará disponible para todos? ¿Debería el gobierno pagar por él? 4. El gobierno estadounidense está solicitando estos días pruebas de fenilquetonuria (PKU) de todos los infantes y apoya las pruebas de la fibrosis cística (FC) para todas las parejas antes de la concepción. ¿Deberían solicitarse pruebas (sabiendo que la prueba no busca todas las mutaciones de FC)?
Recursos adicionales: Sus genes, su salud http://www.ygyh.org/ Un excelente sitio web educativo que contiene información sobre todos los trastornos genéticos tratados en esta lección. Lección sobre dramatización de la genética http://www.accessexcellence.org/AE/ATG/data/released/0350-SharonNelson/description.html Esta lección contiene situaciones adicionales.
Normas nacionales tratadas: Norma F – Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y mundiales Los individuos y la sociedad deben decidir sobre propuestas que comprenden la nueva investigación y la presentación de nuevas tecnologías en la sociedad. Las decisiones involucran la evaluación de alternativas, riesgos, costos y beneficios y la consideración de quién se beneficia y quién sufre, quién paga y quién gana, y cuáles son los riesgos y quiénes los sufren. Los alumnos deberán comprender lo apropiado y el valor de las preguntas básicas — "¿qué puede suceder?"— "¿cuáles son las probabilidades?"— y “¿cómo los científicos e ingenieros sabrán lo que ocurrirá?"
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ES Lección 8: La comprensión de la huella genética del ADN (Visita post exposición) Objetivo: Los alumnos podrán explicar cómo funciona el proceso de obtención de huellas genéticas del ADN y los diversos usos de esta tecnología.
Conexión curricular: Esta lección se enseña mejor luego de una revisión general de las tecnologías genéticas. Los alumnos deberán tener conocimiento previo de la estructura del ADN, de la replicación y del emparejamiento de bases. Esta lección otorga a los alumnos una idea más detallada de cómo funciona la huella genética del ADN y cómo puede ser útil. Hay una gran cantidad de "ADN basura" – el ADN que no codifica para proteína– en el genoma humano. El ADN está compuesto de secuencias repetidas a las que se les llama repeticiones. Si bien los individuos pueden tener genes idénticos, puede haber diferentes cantidades de repeticiones entre estos genes. Por ejemplo, una persona puede tener 7 repeticiones mientras que otra tiene 12. Mientras más repeticiones haya, más grande será el ADN basura entre los genes. Un método de obtención de huellas genéticas de ADN —que produce una prueba de Southern Blot— se inicia tomando una muestra de ADN de la piel, saliva, sangre o pelo. El ADN se corta en pedazos usando enzimas de restricción. La recolección resultante de pedazos de ADN consistirá en algunos partes de ADN basura y algunos genes. Los pedazos de la muestra de ADN se colocan en una gelatina clara, donde una corriente eléctrica empuja los pedazos de ADN a través del gel. Los pequeños llegan más lejos que los grandes, así que una parte del ADN que tuvo 7 repeticiones se moverá más rápido que una con 12 repeticiones. Puesto que el ADN no tiene color, deben completarse más pasos de manera que los científicos puedan "ver" partes específicas del ADN. Las secuencias están desnaturalizadas de manera que quede una sola cadena. Se transfieren a una lámina de nylon donde las cadenas se fijan permanentemente. Luego se agrega una sonda radioactiva con una secuencia conocida. Luego que se haya permitido enlazar una sonda radioactiva de ADN de cadena única emparejando bases con el ADN desnaturalizado en el papel, los rayos X revelarán sólo las áreas donde se localiza la sonda radioactiva. Éstas son las únicas cosas que se verán en la película. Esto permite a los investigadores identificar en el ADN específico de una persona, la ocurrencia y frecuencia del patrón genético específico contenido en la sonda. Para mayor información, consultar Recursos adicionales.
Enlace de la exposición: Esta actividad se apoya en el Detective de ADN de la exposición que explica la obtención de las huellas genéticas del ADN y que permite a los alumnos comparar la muestra de ADN del lugar del crimen perteneciente a la persona condenada por el delito.
Tiempo necesario de clase: 90 minutos
Materiales necesarios: Para cada alumno: • Separata • Resaltador o marcador de color suave • Cinta adhesiva • Tijeras
Actividad de enfoque: Escriba la siguiente información sobre la obtención de huellas genéticas de ADN en la pizarra: La obtención de huellas genéticas de ADN es una tecnología que busca similitudes en secciones específicas de las muestras de ADN. Puesto que el ADN de cada persona es único, pero cada célula contiene el mismo ADN, esta técnica puede usarse para identificar un individuo a partir de muestras tales como la piel, saliva, sangre o cabello que contienen ADN.
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Ponga a los alumnos en parejas para que hagan una lista de cinco situaciones donde la obtención de huellas genéticas sería una tecnología útil
Pasos de clase: 1. Comente las respuestas de los alumnos y aclare cualquier idea falsa. 2. Lea la siguiente historia a los alumnos: Dentro de un lapso de tres meses, los condados de Haywood y Clark sufrieron ocho asaltos de bancos. En su mayoría, los bancos eran pequeños y rurales, con mínima seguridad. El asaltante usaba una máscara de ski, portaba un arma grande y entraba y salía en sólo minutos. Sin embargo, el asaltante fue más audaz en su último atraco. Seleccionó un banco más grande con cámaras de vigilancia nuevas y un guardia de seguridad. El asaltante aún logró escapar, pero no sin ser perseguido por el guardia. Cuando el guardia atrapó al asaltante, éste le disparó y lo mató, pero no antes de que el guardia lograra jalarle la máscara de ski al asaltante revelando su rostro a las cámaras de vigilancia. Al mismo tiempo, una mujer que salía de la peluquería en la calle de enfrente lo presenció todo. El jefe de la policía Harry Gilford sintió la presión del estado para realizar un rápido arresto. Al usar las fotos del video, obtuvo dos sospechosos posibles, ambos con previos arrestos. La mujer identificó al sospechoso nº 1 que no pudo explicar su paradero al momento del asalto. Unas semanas más tarde, Gerald Walker fue acusado y sentenciado a prisión de por vida, a pesar de haberse declarado inocente. El jefe Gilford se mostró satisfecho de cerrar el caso, pero no pudo evitar preguntarse si realmente habían capturado al culpable. Cuatro años más tarde, se eligió a un nuevo gobernador. Con el progreso de las tecnologías genéticas, éste aprobó pronto una ley que permitía a los prisioneros sentenciados a muerte o con sentencias de por vida a solicitar un nuevo juicio que usaría las pruebas de ADN en la evidencia. Gerald Walker contrató un abogado y presionó para abrir un nuevo caso. Al usar muestras de cabello de la máscara de ski recuperada por el guardia de seguridad, el laboratorio de criminalística hizo una prueba de Southern Blot. Durante la investigación, también se tomaron pruebas del cabello de ambos sospechosos. Utilice las muestras de cabello de los sospechosos para determinar si se acusó al hombre correcto. 3. Explique a los alumnos cómo funciona la prueba de Southern Blot (consultar conexión curricular). Asimismo, hay una gran animación del Southern Blot en http://www.dnalc.org/shockwave/southan.html 4. Distribuya la separata y dígale a los alumnos que ésta presenta los resultados de la prueba de Southern Blot realizada en la muestra de cabello que se encontró en la máscara de ski del asalto. Los alumnos deberán cortar los fragmentos de ADN para Gerald Walter y para el sospechoso nº 2 y pegarlos en los lugares correctos en la prueba. Si la dirección de la electricidad está elevándose, los alumnos deberán comprender que los trozos más pequeños se encontrarán arriba. Luego deberán cortar la secuencia de la sonda y tratar de compararla con las de cada sospechoso. Los alumnos deberán resaltar cualquier secuencia de la sonda que encuentre una coincidencia perfecta (pero no otras secuencias). Por ejemplo, la secuencia de la sonda de AGGT se enlaza perfectamente con cualquier segmento que contiene una secuencia de TCCA. Cualquier secuencia con TCCA deberá resaltarse. El sospechoso con la coincidencia de la muestra de cabello muy probablemente sea el responsable del asalto. (Ellos deberán descubrir que no fue Gerald Walter.)
Extensiones y modificaciones: • Los alumnos deberán escribir un informe policial con respecto a sus hallazgos. • Para los alumnos de nivel inferior, ordene las secuencias en la pizarra con la clase y sencillamente indíqueles que copien la información en su papel. • Los alumnos más avanzados investigarán cómo funciona una prueba de Southern Blot y luego realizarán la actividad de acuerdo a esta información. Términos importantes: Southern Blot, obtención de huellas genéticas de ADN, sonda
Preguntas motivadoras para debatir: 1. La obtención de las huellas genéticas del ADN se emplea ampliamente en procesos judiciales actualmente. Hable sobre las ventajas y desventajas de confiar en tales tecnologías para dictar condenas. 2. ¿Qué clases de futuras tecnologías genéticas puede imaginar que ayudarían a la policía a resolver crímenes? 3. Al usar dichas tecnologías en procesos judiciales sería más provechoso si hubiera una base de datos que almacenara la secuencia de ADN de cada persona. Hable sobre las ventajas y desventajas de la creación de dicha base de datos. 4. ¿Cuáles son algunas de las ventajas de la obtención de huellas genéticas de ADN sobre la de huellas digitales tradicionales?
Recursos adicionales: Fundamentos de la obtención de huellas genéticas de ADN http://www.biology.washington.edu/fingerprint/dnaintro.html
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¡Muy fácil de comprender! Comprensión de la prueba de Southern Blot http://www.biology.washington.edu/fingerprint/blot.html Esta página del mismo sitio de arriba proporciona explicaciones detalladas sobre cómo se realiza la prueba de Southern Blot.
Normas nacionales tratadas: Norma E – Conocimientos de la ciencia y la tecnología • Las nuevas tecnologías con frecuencia amplían los niveles actuales del entendimiento científico y presentan nuevas áreas de investigación. • Algunas veces el progreso científico desafía las creencias de las personas y las explicaciones prácticas con respecto a varios aspectos del mundo.
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ES Lección 8; Separata: El caso de Gerald Walker Southern Blot de la sangre encontrada en el lugar del crimen
Gerald Walker
Sospechoso 2
Gerald Walker TCCATCCA / TCCATCCATCCA / TCCA / TCCATCCATCCATCCA / TGGATGGATGGATGGATGGA Sospechoso 2 TCCATCCA / TCCATCCATCCA / TCCA / TCCATCCATCCATCCATCCA / TGGATGGATGGATGGA Sonda AGGT
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Glosario Ácido nucleico - moléculas orgánicas complejas, grandes, compuestas de átomos de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. Una cadena de nucleótidos. ADN - ácido desoxirribonucleico. Una cadena de moléculas de ácido nucleico que contiene su información genética. Alelo - una de las diferentes formas del mismo gen para un rasgo específico. Amniocentesis - técnica de diagnóstico prenatal que requiere la extracción de una pequeña cantidad de fluido del saco que rodea al embrión. Anticodón - un grupo de tres nucleótidos de ARNt que se adhiere al codón. ARN - ácido ribonucleico. Un ácido nucleico hecho de una sola cadena de nucleótidos que ayuda a transportar la síntesis proteínica. ARNm - ácido ribonucleico mensajero o ARN mensajero. Transporta el código del ADN al ribosoma donde se decodifica la secuencia en una proteína. ARNt - ARN de transferencia; molécula que se enlaza a un codón de ARNm y produce el aminoácido apropiado para ese codón. Asesor genético - profesional de la salud académica y clínicamente preparado para brindar servicios genéticos a individuos y familias que buscan información sobre la ocurrencia, o el riesgo de ocurrencia, de una dolencia genética o defecto de nacimiento. Base nitrogenada - componente de un nucleótido que puede enlazarse a las otras bases nitrogenadas a través de un enlace de hidrógeno. Codón - un grupo de tres nucleótidos de ARNm que codifica un aminoácido o señala el fin de una secuencia de aminoácidos. Cromosoma - la estructura de la célula que contiene la información genética que se traspasa de una generación de células a la siguiente. Hecha de ADN y proteínas. Doble hélice - término usado para describir la estructura del ADN; dos cadenas que están enrolladas. Enrollar la lengua - un rasgo dominante en los humanos donde los individuos pueden enrollar sus lenguas en una forma de tubo. Fenotipo - apariencia física de un organismo. Gameto - célula reproductiva especializada que participa en la reproducción sexual. Contienen una mitad de la cantidad total de cromosomas que las células normales del cuerpo del organismo. Gen - una sección del ADN que codifica un rasgo. Genoma - todos los genes que un organismo posee. Genotipo - conformación genética de un organismo. Gregorio Mendel - monje austríaco que realizó los primeros experimentos sobre la herencia utilizando plantas de Arvejas, y descubrió que los padres transmiten rasgos específicos a los hijos por medio de "factores" como Mendel los llamó. Herencia - el paso de rasgos de padres a hijos. Heterocigótico - un individuo que tiene dos alelos para un rasgo que son diferentes. Meiosis - el proceso que produce gametos; células con la mitad del número de cromosomas que las células 44
normales del cuerpo del organismo. Nucleótido - componente de un ácido nucleico; compuesto de una base de azúcar, fosfato y nitrógeno. Obtención de huellas genéticas de ADN - técnica para identificar individuos, generalmente usando secuencias repetidas en el genoma humano que producen un patrón de bandas que es único para cada individuo. Pico de viuda - un rasgo dominante en los humanos que ocasiona el nacimiento del cabello en forma de punta. Pulgar del autoescapista – un rasgo recesivo en los humanos donde la articulación final del pulgar puede doblarse en un ángulo de al menos 45 grados. Replicación - el proceso mediante el cual se hace una segunda copia de ADN utilizando la primera como un molde. Sonda - Una cadena radioactiva de ADN con frecuencia usada para encontrar secuencias específicas en un Southern Blot. Southern Blot - una tecnología de ADN que utiliza una sonda radioactiva para comparar fragmentos específicos de ADN. Terapia genética - un método para tratar, curar o eventualmente evitar enfermedades cambiando la conformación del ADN de una persona. Traducción - el proceso mediante el cual el código del ARNm se convierte a una secuencia de aminoácidos (una proteína). Transcripción - el proceso mediante el cual el código de ADN se copia en el ARNm. Transgénico - un organismo que contiene genes externos.
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Agradecimientos
Con el auspicio de Pfizer, Inc. Producido por Clear Channel Exhibitions Concepto, texto y diseño por Topics Education Group, Inc. Ilustraciones por Kerry Ferguson, San Antonio, TX Bienvenido a un sorprendente nuevo mundo: GENOMA HUMANO: EL SECRETO DE LA VIDA
Con el auspicio de Una exposición producida por Clear Channel Exhibitions en colaboración con el National Human Genome Research Institute, Department of Health and Human Services y Whitehead Institute/MIT Center for Genome Research Venga y descubra Apenas estamos comenzando a desentrañar los secretos más profundos del genoma humano. GENOMA HUMANO: EL SECRETO DE LA VIDA, y los materiales educativos y la programación desarrollada en conjunto con la exposición, están diseñados para que los alumnos y las familias aprendan sobre la naturaleza del genoma humano, la historia de su descubrimiento y de su impacto en nuestras vidas. Nos sentimos orgullosos de hacer realidad esta exposición y de ayudar a crear nuevas formas innovadoras para experimentar este interesante nuevo mundo de primera mano. Pfizer está apoyando esta exposición porque creemos que es importante que las familias comprendan los desafíos y las oportunidades que se desarrollarán eventualmente a partir de la elaboración del mapa del genoma humano. La sociedad de Pfizer del GENOMA HUMANO: EL SECRETO DE LA VIDA es parte del compromiso que la empresa tiene con la educación de las ciencias - promocionar el conocimiento de las ciencias y hacerlo de una manera divertida para todas las edades. Pfizer Inc es una compañía dedicada a la investigación y a la atención de la salud mundial, con sede en la ciudad de Nueva York. Se especializa en descubrir y desarrollar productos innovadores que mejoren la calidad de la vida de las personas de todo el mundo y las ayuda a disfrutar de vidas más largas, saludables y fructíferas. Los productos de la compañía incluyen artículos farmacéuticos, productos médicos y aquellos destinados a la atención de la salud del consumidor. Producido por Clear Channel Exhibitions en colaboración con National Human Genome Research Institute, National Institutes of Health, Department of Health y Human Services y Whitehead Institute/MIT Center for Genome Research
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