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Docentes de 5to año

Mónica Contreras

Florencia Realini

El material fue compilado y elaborado por los profesores Santiago Vasconcelos y Mónica Contreras

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SECCIÓN I

EJERCICIOS

El objetivo de la siguiente guía es proporcionar ejercicios que permitan reconocer los

conceptos principales de cada unidad y aplicarlos en el análisis de casos.

Los ejercicios está ordenados en bloques que involucran varias unidades del programa,

esto no implica que se irán realizando de forma consecutiva.

Al comienzo de cada bloque se detallan algunos materiales que, junto con los trabajos,

power points y apuntes de clase, son necesarios para resolver correctamente las

actividades.

BLOQUE 1

UNIDAD I: MOLÉCULAS Y SERES VIVOS UNIDAD II: LAS CELULAS COMO UNIDADES ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES DE LOS SERES VIVOS UNIDAD III: METABOLISMO CELULAR SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Capítulos del libro Biología. La vida en la Tierra. Audesirk T, Audesirk G. y Byers B. Editorial Ed. Prentice Hall

Hispanoamericana.

9na edición: 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 12 (Síntesis de Proteínas) 10ma edición: 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 13 (Síntesis de Proteínas)

Páginas Khan Academy

Metabolismo celular

https://es.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/energy-in-

metabolism/a/overview-of-metabolism

Fotosíntesis

https://es.khanacademy.org/science/biology/photosynthesis-in-plants#introduction-to-

stages-of-photosynthesis

Respiración celular

https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation

Traducción

https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/translation-

polypeptides/a/translation-overview

https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dogma/central-

dogma-transcription/a/the-genetic-code-discovery-and-properties

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EJERCICIO 1

Analizar cada uno de los casos que se presentan a continuación. Determinar el tipo de transporte (DIFUSIÓN FACILITADA/TRANSPORTE ACTIVO/DIFUSIÓN SIMPLE) que llevó a la situación descripta o que se producirá a partir de ella e indicar el sentido del transporte (hacia adentro o hacia fuera de la célula). Justificar la respuesta en cada caso. a- La glucosa se halla más concentrada en la solución acuosa del citoplasma que en el medio extracelular. b- La célula debe mantener la diferencia de concentración de Sodio (Na+), que es mayor en el medio extracelular que en el intracelular. c- El oxígeno es una molécula pequeña soluble en lípidos cuya concentración es mayor en el medio extracelular que en el medio intracelular. d- Macromoléculas proteicas del medio extracelular aparecen en el interior de vesículas citoplasmáticas.

EJERCICIO 2

A- ¿Qué significa isotónica, hipertónica e hipotónica?

B- Observar los siguientes dibujos y deducir cómo era la solución que rodea a la célula (isotónica, hipertónica e hipotónica) en comparación con el líquido intracelular. Escribir un párrafo explicativo del siguiente esquema

C- Una persona que se encuentra perdida en el océano, no puede tomar agua de mar para saciar su sed. ¿Cómo podrías explicar este hecho?

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EJERCICIO 3

Leer y responder

La leche contiene nutrientes como vitaminas, minerales (calcio), lactosa (disacárido) y proteínas (principalmente caseína). Al nivel del duodeno se absorben dichos nutrientes. Por ejemplo, la concentración de Ca2+ en el lumen intestinal es alta (como ocurre luego de una comida rica en calcio). Bajo estas condiciones la diferencia en el potencial electroquímico entre el medio externo (interior del duodeno) y el líquido intracelular de las células que forman las vellosidades del duodeno favorece el movimiento del calcio. Y luego el mismo mecanismo favorece su pasaje al plasma sanguíneo.

La caseína, es la proteína más abundante de la leche y contiene aminoácidos esenciales. Una vez que la leche ingresa al estómago y se llega a pH6, empieza la acción de la renina, que actúa sobre la caseína y la separa en dos componentes. Uno de ellos, el paracaseinato, se une al calcio de la leche y forma un coágulo que precipita en el estómago. El resto de los componentes de la leche abandonan el estómago rápidamente y pasan al intestino delgado, pero el coágulo permanece allí y es atacado por la pepsina (pH óptimo 1,5 a 2,5), que degrada el paracaseinato en aminoácidos que serán absorbidos cuando pasen al intestino delgado. Gracias a estos procesos, la caseína presenta una elevada digestibilidad (aprox. 93%), lo que la hace muy importante a nivel nutricional.

b- Se preparan 3 tubos de ensayo. Cada uno de ellos contiene los elementos indicados con un signo +. Indicar, en cada caso, si se podrá observar presencia (SI) o ausencia (NO) de paracaseinato luego de dos horas de incubación a 36 grados. Justificar cada una de las respuestas utilizando en la explicación tus conocimientos sobre las enzimas, sus características, los factores que afectan la actividad enzimática, cómo las afectan dada su naturaleza química y estructuras, etc.

c- ¿La reacción en la que se produce el paracaseinato a partir de caseína es anabólica o catabólica? Justificar

EXPERIMENTO RESULTADOS

TUBO CASEINA

RENINA (CASEASA)

PEPSINA pH Tiempo PRESENCIA DE PARACASEINATO

1 + + - 6 2 horas

2 + - + 2 2 horas

3 + + - 2 2 horas

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EJERCICIO 4

a. Proponer un mecanismo mediante el cual se pueda producir la concentración de iones en el interior de un lisosoma. . ¿Es esperable la presencia de canales abiertos que permitan el paso de los iones de hidrógeno en la membrana lisosomal? Justificar

b. Incluir en la explicación los motivos por los cuales la membrana lisosomal es permeable o impermeable a los iones de hidrógeno. Esquematizar, para esto, la membrana plasmática.

c. En caso de ruptura de lisosoma, las enzimas hidrolíticas entran en contacto con el citoplasma, de pH cercano a la neutralidad y pierden su función. Proponer una explicación. ¿Cuál es la ventaja de que esto ocurra?

EJERCICIO 5

El siguiente esquema representa una vía metabólica. Observar y responder:

a- ¿Qué representa la línea punteada que va desde Z hasta A? Describir qué ocurre a nivel molecular.

b- Se preparan varios recipientes que contienen la enzimas 1 y el compuesto A. Se los coloca a diferentes temperaturas y, luego de una hora, se mide la presencia de B. A 35ºC se obtiene la mayor concentración del compuesto B, a temperaturas mayores y menores a 35ºC la concentración disminuye. ¿Cómo explicarías estos resultados?

c- ¿Cómo prepararías el/los control/es de este experimento?

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EJERCICIO 6

a) Explicar a qué se debe la forma que tiene la pepsina en la figura. Plantear una hipótesis que explique que sólo adquiere actividad en contacto con el ácido clorhídrico. ¿Qué ventaja supone que esto ocurra?

b) Proponer un mecanismo que explique la fabricación y secreción de pepsinógeno ante la presencia de gastrina, teniendo en cuenta que grandes cantidades de esta enzima son secretadas al mismo tiempo.

c) ¿Por qué el pepsinógeno no puede salir desde las células que revisten el interior estomacal hacia el interior de este órgano por difusión simple? Para responder, explicar la estructura de la membrana plasmática.

d) Graficar Actividad Enzimática vs pH para esta enzima. Explicar por qué la degradación de ciertas proteínas depende de esta enzima (es decir, por qué no ocurre esta reacción de no estar presente esta enzima)

e) El Omeprazol es un medicamento que se toma ante la sensación esofágica de acidez. Este fármaco inhibe el funcionamiento de las bombas de hidrógeno de las células que tapizan el interior estomacal. Explicar por qué alivia los síntomas, y qué posibles consecuencias podría tener el exceso de la ingesta de este medicamento

EJERCICIO 7

El metanol es utilizado habitualmente en la industria, laboratorios y en el propio hogar como alcohol de quemar o formando parte de productos comerciales. Además, existe un uso fraudulento de esta sustancia como sustituto del etanol en bebidas alcohólicas fabricadas clandestinamente. La vía más habitual de intoxicación aguda es la oral. La dosis mínima letal se considera que es de 30 ml de metanol puro, aunque en la bibliografía se barajan cifras muy dispares en relación con la dosis tóxica (que produce ceguera) y/o mortal, existiendo una gran variabilidad.

Cuando es ingerido, se absorbe en el intestino delgado, y llega al hígado a través de la vena porta hepática. Allí es fragmentado por la deshidrogenasa que produce formaldehído, y por oxidaciones sucesivas se forma ácido fórmico y dióxido de carbono.

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El ácido fórmico es el metabolito responsable de los efectos tóxicos del metanol, el cual inhibe la citocromo oxidasa, interfiriendo con el transporte de electrones en la cadena respiratoria, un paso clave en el proceso de respiración celular. Además, inhibe la función mitocondrial en la retina.

La enzima deshidrogenasa (ADH) también metaboliza el alcohol etílico (bebidas) para transformarlo en acetaldehído, que luego es metabolizado en acetato por la aldehído deshidrogenasa hepática (ALDH). La acumulación de acetaldehído origina fuertes efectos tóxicos y da lugar al síndrome de sensibilidad al alcohol. Esta última produce vasodilatación asociada a incrementos en temperatura cutánea, efectos subjetivos de calor y “flushing” facial, incrementa la tasa cardiaca y respiratoria, disminuye la presión sanguínea, produce sequedad de la mucosa bucal y de la garganta hecho que va asociado con broncoconstricción y reacciones alérgicas, náuseas y dolores de cabeza.

Sin embargo, el alcohol etílico es uno de los tratamientos antidótico de elección, frente a una intoxicación con metanol. Aunque hoy en día se dispone de otro antídoto: fomepizol o 4-metilpirazol.

a- Identificar la enzima, el sustrato y el producto de esta reacción. Representar las vías metabólicas que se activan en el hígado en presencia de metanol o etanol.

b- Proponer una explicación para el tratamiento antidótico con alcohol etílico, en el caso de una intoxicación con metanol.

c- Buscar información sobre las propiedades de la molécula de etanol que favorecen su pasaje a través de la membrana plasmática. Explicar.

EJERCICIO 8 La Ciclooxigenasa (COX), es una enzima que cataliza la reacción que permite la producción de prostaglandinas a partir del araquidonato:

Araquidonato + AH2 + 2 O2 Prostaglandina-H2 + A + H2O

Ciclooxigenasa 1 (COX-1). La COX-1 es constitutiva en

todos los tejidos especialmente en riñón y el tubo

gastrointestinal. Participa en la producción de

prostaglandinas que intervienen en procesos

fisiológicos tales como: protección del epitelio

gástrico, mantenimiento del flujo renal, la agregación

plaquetaria y la migración de neutrófilos.

Ciclooxigenasa 2 (COX-2). Tiene como función mediar en los procesos de inflamación y en la señalización por prostaglandinas. La COX-2 se expresa tras inducción inflamatoria, aunque es constitutiva en SNC y riñón. La expresión de la COX-2 es provocada por diversos mediadores inflamatorios (interferón γ, factor de necrosis tumoral α, interleucina 1, factores de crecimiento, etc.) en diversas células (monocitos, macrófagos, células endoteliales, sinoviocitos, condrocitos y osteoblastos) y tejidos (sistema genital, sistema nervioso central, estómago, riñón, pulmón y ciertos tejidos afectados por procesos neoplásicos).

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Suponer que la secuencia de nucleótidos de una de las cadenas de ADN del gen que determina la secuencia de aminoácidos que forma a la COX-2 es:

5` GGCTTACTTCCGAAGATCGGA3`

a- Completar la cadena complementaria del ADN dado en la consigna. b- El ibuprofeno (C13H18O2) inhibe la producción de prostaglandinas. Para caracterizar la forma

de accionar de este fármaco se midió la actividad de la COX 2 en función de la concentración de araquidonato. Se observó que a grandes concentraciones de araquidonato la actividad de la enzima era menor con ibuprofeno que sin este. ¿Qué nos dice este resultado experimental acerca del posible mecanismo de acción del fármaco? Justificar y proponer el mecanismo de acción.

c- ¿Por qué el ibuprofeno se utiliza para aliviar dolores? ¿Qué efectos secundarios puede tener, de acuerdo a su acción, su ingesta desmedida?

d- Un fármaco antiinflamatorio recientemente descubierto se denomina Vioxx. Es un inhibidor competitivo de la COX 2. Graficar actividad enzimática vs araquidonato con y sin Vioxx. Explicar el gráfico.

EJERCICIO 9

Leer y resolver

Streptococcus pyogenes es uno de los patógenos humanos más comunes, originando diversas enfermedades. Constituye la causa más frecuente de faringitis bacteriana, aunque también produce otitis media, mastitis (enrojecimiento, el dolor y la hinchazón en la mama), infecciones en la piel, fascitis necrotizante y la fiebre reumática.

Gerhard Johannes Paul investigaba el uso de colorantes como antibióticos. Encontró que la sulfonamide Prontosil era efectiva contra las infecciones causadas por estreptococos, tratando a su propia hija con ella, con lo que consiguió evitar la amputación de uno de sus brazos. Las sulfanilamidas son bacteriostáticas, es decir, detienen el crecimiento de las colonias bacterianas.

Streptococcus pyogenes contiene una enzima denominada dihidropteroato sintasa (dhps) que cataliza la síntesis de ácido dihidropteroico (precursor inmediato del ácido fólico) a partir del sustrato ácido aminobenzoico. Este paso es esencial en la producción de las bases nitrogenadas adenina y guanina.

a- Identificar sustrato, enzima y producto. b- Teniendo en cuenta la estructura química de la sulfanilamida y el ácido aminobenzoico,

proponer un mecanismo de acción del fármaco y graficar la velocidad de la síntesis de ácido dihidropteroico (actividad enzimática) en función de la concentración de ácido aminobenzoico catalizado por la dihidropteroato sintasa, en presencia y en ausencia de sulfanilamida. Justificar

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c- ¿Por qué la sulfanilamida tiene un efecto bacteriostático? En la respuesta, incluir una explicación sobre la estructura del ADN.

d- Suponer que se pone a prueba un fármaco diferente que también actúa sobre la dihidropteroato sintasa. Para poder caracterizar el mecanismo de acción de este fármaco, se mide experimentalmente la actividad enzimática en función de la concentración de sustrato, lo que arroja como resultado que a grandes concentraciones de sustrato, la actividad enzimática es menor con fármaco que sin fármaco. ¿Qué conclusión se puede sacar sobre el mecanismo de acción de este fármaco a partir de estos resultados experimentales? Justificar. Dibujar (imaginando una forma para la enzima) la dihidropteroato sintasa con y sin fármaco.

EJERCICIO 10

Las neuronas se comunican entre sí a través de un proceso denominado sinapsis. En una sinapsis química, la neurona presináptica libera neurotransmisores (NT) que son captados por los receptores de la neurona postsináptica. En el caso del NT conocido como Acetilcolina (ACh) ocurre de la siguiente manera (figura 1): 1) La llegada de un potencial de acción despolariza la membrana presináptica, lo que provoca la apertura de canales iónicos. 2) El Ca2+ ingresa a la célula y el aumento de su concentración hace que las vesículas con ACh se unan a la membrana y las liberen en la hendidura sináptica. 3) En la membrana postsináptica están los receptores de ACh (AChR). Cuando se unen reversiblemente al ACh se produce la apertura de los canales iónicos en esta membrana. La entrada de Ca2+ y de otros cationes produce la despolarización y excitación de la membrana postsináptica, y esa despolarización se propaga hasta la siguiente célula nerviosa o a la placa motora correspondiente. 4) La ACh libre en la hendidura sináptica es rápidamente inactivada por la enzima Aceltilcolinesterasa (AChE), que la hidroliza produciendo colina y ácido acético. La colina es recuperada por la neurona presináptica (a través de transportadores) y el ácido acético pasa al plasma sanguíneo.

La ACh ejerce su acción en diferentes regiones del sistema nervioso central (SNC) como el circuito de la memoria y en el Sistema Nervioso Periférico (SNP) sobretodo en los movimientos musculares voluntarios (provoca la contracción muscular) y en la disminución de la frecuencia cardíaca. Desde su descubrimiento en la década de 1920, la AChE ha sido una de las enzimas más estudiadas. En la Miastenia Gravis, los anticuerpos bloquean temporalmente, alteran, o destruyen los AChR en la unión neuromuscular, lo cual evita que ocurra la contracción muscular. Estos anticuerpos son producidos por el propio sistema inmunitario. Por ende, la Miastenia Gravis es una enfermedad autoinmune. El empleo de inhibidores de AChE ha sido muy útil para el tratamiento de esta enfermedad.

Fig. 1 Sinapsis química de la ACh Fig. 2 Representa el mecanismo de acción de dos

inhibidores, la Neostigmina y el Ecotiofato.

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1) ¿Qué tipo de transporte a través de la membrana se produce en el ingreso de Ca2+ a la neurona presináptica? Describirlo y justificar teniendo en cuenta las propiedades de la membrana y del Ca2+.

2) Explicar cómo el uso de inhibidores de AchE colaboran en el tratamiento de la Miastenia Gravis.

3) Observar la figura 2 ¿Qué tipo de inhibidor es la Neostigmina? Justificar. Suponer que se realiza un ensayo con diferentes concentraciones de ACh y valores constantes de AChE y cada uno de los inhibidores (Neostigmina y Ecotiofato). En un sistema de coordenadas (eje Y: actividad de la AchE vs. eje X concentración de ACh) dibujar los gráficos que esperarías obtener sin inhibidor, con Neostigmina y con Ecotiofato. Explicar

4) A partir de la información del texto y tus conocimientos desarrollar una hipótesis que implique una modificación en alguno de los genes relacionados con alguna de las moléculas mencionadas y los respectivos efectos a nivel orgánico. Explicar e indicar que gen, moléculas y procesos se verían afectados.

5) Los transportadores de colina se abren (se activan) ante cambios de pH en la hendidura sináptica. ¿Cómo podrías explicar este fenómeno teniendo en cuenta que se abren en los minutos posteriores a la degradación de la Ach? Considerar la naturaleza química de los transportadores, su estructura y los efectos del pH sobre los mismos.

EJERCICIO 11

Preguntas orientativas sobre metabolismo y fotosíntesis

a- ¿Qué es el metabolismo celular?

b- Explicar la expresión “Las reacciones acopladas enlazan reacciones endergónicas y exergónicas”.

c- Completar el siguiente esquema con los conceptos de los puntos anteriores.

d- ¿Cuáles son los sustratos y productor generales de la fotosíntesis? ¿Qué organismos pueden realizar este proceso? ¿Qué transformación energética ocurre en este proceso?

e- ¿Qué funciones tienen las moléculas de ATP y NADPH? f- ¿Qué es un pigmento? ¿Qué pigmentos podemos encontrar en una planta? g- ¿Qué es un fotosistema? ¿En qué parte del cloroplasto se ubica? ¿Qué es el centro de

reacción? h- ¿Cómo recupera la clorofila los electrones liberados en el centro de reacción?

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i- ¿Cómo se relaciona la cadena transportadora de electrones con la síntesis de ATP? j- ¿Cuáles son los sustratos y productos del ciclo de Calvin-Benson? k- Completar el esquema (si es necesario agregar flechas)

l- En el siguiente gráfico se muestran los rendimientos fotosintéticos de plantas de la misma especie y edad expuestas a luces de diferentes longitudes de onda. ¿A qué longitudes de onda habrán estado expuestas las plantas 1 y 2? Explicar

m- La respiración celular, ¿Es un proceso exergónico o endergónico? ¿Cómo se relaciona

con el ATP (síntesis o degradación)?

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EJERCICIO 12 a- Leer y resolver

Las halobacterias son bacterias aerobias que viven en ambientes hipersalinos, con un alto nivel de radiación solar y a una temperatura promedio de 42 ºC. Cuando disponen de sustratos apropiados y suficiente oxígeno, degradan moléculas orgánicas y producen ATP, actuando como una mitocondria. Pero, el oxígeno falta con frecuencia en las aguas donde viven. El secreto del éxito está relacionado con unas manchas coloreadas que se observan en su membrana. Poseen un pigmento que al ser excitado por la luz activa una cadena de transporte de electrones similar a la etapa fotoquímica de la fotosíntesis (Fig. 1). A partir de este proceso la bacteria obtiene ATP, sin embargo no poseen un ciclo similar a la etapa bioquímica de la fotosíntesis.

Fig. 1

a- El proceso que realiza en presencia de oxígeno, ¿es catabólico o anabólico? ¿Exergónico o endergónico? Justificar

b- Comparar el proceso explicado en el texto con la etapa fotoquímica de la fotosíntesis (semejanzas y diferencias).

c- ¿Cuál es la ventaja de los organismos que poseen además la etapa bioquímica? ¿Por qué?

d- El pigmento de la halobacterias presenta el siguiente espectro de absorción, ¿De qué color esperarías ver las manchas? ¿Por qué?

Dibujar en el mismo gráfico el espectro de absorción de clorofila.

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e- Diseñar un experimento con tres tratamientos y un control para comprobar cómo afecta la temperatura al metabolismo aeróbico de la bacteria (considerar que es similar a la respiración celular). Indicar los elementos/sustancias que utilizarías, qué factores mantendrías constantes y cuál/es variable/s. Por último graficar los resultados que esperarías obtener. Explicar dicho resultado

f- La bacteria presenta canales que permiten el pasaje de Na+ de forma pasiva y permanente. Sin embargo el citoplasma es hipotónico con respecto al medio externo. ¿Qué tipo de transporte representan los canales de sodio? ¿Cómo mantiene la bacteria la diferencia de concentración? Explicar indicando tipo de transporte, concentraciones, etc. Justificar

EJERCICIO 13 El suelo está constituido por pequeñas partículas de roca y materia orgánica que albergan espacios rellenos de aire y agua. Del suelo, las plantas extraen agua y sales minerales. La concentración de sales minerales en el suelo es menor que la presente en el interior de la planta. Luego, dichos nutrientes tienen que atravesar los distintos tejidos de la raíz hasta llegar hasta le xilema que, a su vez, los conducirá hasta los tejidos fotosintéticos de la planta.

a- ¿Qué tipo de transporte a través de la membrana utilizan las sales minerales? ¿Y el agua? Justificar indicando claramente la relación de este transporte con la energía y el gradiente de concentración. En el recuadro, esquematizar los transportes mencionados. Señalar los componentes del a membrana, las estructuras que intervienen, el sentido en que se mueven las sales.

b- Explicar la siguiente oración, teniendo en cuenta las palabras resaltadas: “La fotosíntesis es un proceso anabólico cuya función es convertir la energía lumínica en energía química, que se emplea para sintetizar moléculas orgánicas a partir de compuestos inorgánicos.”

c- Sin darse cuenta una persona riega sus plantas con agua destilada (agua pura, sin sales). Explicar qué puede ocurrir en las células de las plantas.

d- ¿Cuál de los siguientes esquemas (1 o 2) está más relacionado con el proceso general de la fotosíntesis? Explicar

1 2 a- Si quisieras aumentar la tasa fotosintética de una planta, ¿Qué tipo de luz elegirías? Explicar

AMARILLO - VERDE - AZUL - NARANJA - VIOLETA

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EJERCICIO 14

Preguntas orientativas sobre síntesis de proteínas

a- ¿Qué quiere decir que las dos cadenas que forman el ADN son complementarias? ¿Qué relación hay entre este hecho y las llamadas reglas de Chargaff?

b- Dónde comienza la transcripción la ARN polimerasa? c- ¿Qué función realizan en general las ADN polimerasas y las ARN polimerasas? d- ¿Qué significa que una hebra de ADN actúa como molde o patrón? c- ¿Qué sucede cuando la ARN pol finaliza la transcripción? c- ¿Qué modificaciones sufre el ARN antes de abandonar el núcleo? d- Definir intrones, exones, código genético, codones y anticodón.

e- Si sólo existen 20 aminoácidos codificados, ¿cómo se explica que se formen 64 tripletes?

f- Indica las diferencias de función y localización que encuentras entre los tipos más importantes de ARN?

g- Justifica la frase “todo ácido nucleico procede de otro ácido nucleico”, dando nombre a los procesos que pueden estar implicados.

h- ¿Qué significa que el código genético es altamente específico y al mismo tiempo degenerado? ¿Puede esto ofrecer alguna ventaja?

i- La síntesis de una nueva cadena de ADN o de ARN requiere la adición de nucleotidotrifosfatos que se unen entre sí por enlaces fosfodiéster, para formar así la cadena de nucleotidofosfatos, lo que requiere un aporte de energía. ¿De dónde crees que procede esa energía?

j- ¿Qué elementos son necesarios para realizar la traducción?

El esquema de la figura representa la transcripción, procesamiento y síntesis de polipéptidos en una célula eucariota.

k- Identifica los distintos elementos de la figura representados por números

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EJERCICIO 15

Resolver

a- Señalar la respuesta correcta

i- Para que la síntesis de proteínas pueda ocurrir, en una primera etapa se debe traspasar la información del gen a un (ARNt/ARNm/ARNr). Este proceso es catalizado por la enzima (ADNpolimerasa/ARNpolimerasa) y se denomina (transcripción/traducción). El ARNm sintetizado atraviesa los poros de la membrana (plasmática/nuclear) y se dirige hacia los ribosomas donde se lee el mensaje del ARNm para comenzar la (transcripción, traducción).

ii- La información del ARNm se divide en tripletes de bases nitrogenadas llamadas (codones/anticodones) que tienen información para un (aminoácido/monosacárido/nucleótido) de los que formarán a la proteína. Para sintetizar la proteína en los ribosomas es necesario que tengan los aminoácidos especificados por el ARNm. La molécula encargada de llevar un aminoácido es el (ARNt/ARNm/ARNr). Al llegar al ribosoma es reconocido por su triplete llamado (codón/anticodón) que es complementario con el del ARNm.

iii- Mediante un proceso de modificación (postraduccional/postranscripcional) denominado "splicing alternativo”, se obtienen más de una proteína a partir de una sola región codificante. Es un mecanismo de modificación del (ADN/ARNt/ARNm) que genera diversidad (nucleica/proteica) a partir de un número limitado de genes, en el cual múltiples zonas del (ADN/ARNm/ARNt) denominadas (intrones/exones) son eliminadas del mensajero maduro, mientras que otras regiones, llamadas (intrones/exones), son cortadas y re-empalmadas de distintas formas.

b- La siguiente secuencia de bases de nucleótidos corresponde a un fragmento de una hebra de ácido nucleico:

3’…CTTCGTGAAGTAATG…5’

i- ¿De qué ácido nucleico se trata?

ii- ¿Qué significan los números 3`y 5`?.

iii- Escribe la secuencia de bases de la hebra complementaria, indicando por qué extremo se empezarían a añadir los nuevos nucleótidos

c- Consideremos el siguiente fragmento de cadena de ADN:

3’…T A C A C C A A C ^ T T T A T A A C T …5’

Utilizando la clave genética se pide:

i- La secuencia de la cadena de ARNm correspondiente

ii- Los tripletes anticodones de los posibles ARNt .

iii- La secuencia de aminoácidos del polipéptido que resultará una vez traducido el código.

iv- Explica las consecuencias que tendría una mutación por la que se insertara un nucleótido de Adenina en el lugar marcado sobre la molécula de ADN inicial con el símbolo (^).

v- Explica la consecuencia que tendría otra mutación que cambiara el primer nucleótido de Timina por otro de Guanina en la molécula inicial.

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d- Escribe una secuencia de ADN que codifique la síntesis del péptido H2 –Cys-Gly-Met-Ala-COOH. Utilizando el código genético, di si hay otras secuencias alternativas y en qué característica del código te basas.

EJERCICIO 16

Ver el siguiente video: Descifrando nuestro código genético.

El link: https://www.youtube.com/watch?v=7QeOr0ukruE (Duración: 52 minutos)

Responder

1- ¿Qué significa descifrar nuestro código genético?

2- ¿Qué ventajas presenta poder conocer el código genético? Mencionar ejemplos que aparecen en el documental.

3- ¿Qué posibles consecuencias negativas presenta? Mencionar ejemplos que parecen en el documental.

4- ¿Qué intereses creen que hay detrás del desarrollo de esta rama de la ciencia? para contestar lean el siguiente artículo: http://www.bbc.com/mundo/noticias/2013/04/130415_salud_ciencia_eeuu_adn_patente_wbm y relaciónenlo con el documental.

5- Elaborar un texto argumentativo en el que defiendan su postura sobre esta temática.

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EJERCICIO 17

Ver el siguiente video: La Biología del color de la piel

Link: https://www.youtube.com/watch?v=e6wyo2Y-vjQ (Duración: 18:57)

Responder

1- En relación al proceso de investigación llevado a cabo por Jablonski identificar: a- Las preguntas iniciales. b- La/s hipótesis que plantea y sus fundamentos. c- Los datos y evidencias que sustentan dicha hipótesis.

2- ¿Por qué el color de la piel sería una ventaja adaptativa en zonas donde la radiación UV es mayor?

3- ¿Cómo explica Nina Jablonski que en las zonas alejadas del Ecuador la mayoría de las personas presentan un color de piel más claro? ¿Cuál fue la ventaja adaptativa en ese caso?

4- ¿Qué consecuencias en la salud tendría, en la actualidad, el hecho de que personas de piel oscura vivan en zonas de menor radiación y personas de piel clara lo hagan en zonas de mayor radiación?

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BLOQUE 2

UNIDAD IV: DIVISIÓN CELULAR Y HERENCIA

UNIDAD V: EXPRESIÓN Y REGULACIÓN DE LOS GENES

UNIDAD VI: BIOTECNOLOGÍA

Capítulos

9na edición: 9, 10, 11, 12 y 13.

10ma edición: 9, 10, 11, 12, 13 y 14.

Videos recomendados

Los factores de transcripción. Es en inglés, pero pueden configurarlo en castellano. https://www.youtube.com/watch?v=vRBOv4RR7y8

Operón lactosa https://www.youtube.com/watch?v=AVuj0q4mKa8

Mitosis: Splitting Up is Complicated - Crash Course Biology #12. https://www.youtube.com/watch?v=L0k-enzoeOM

Meiosis: Where the Sex Starts - Crash Course Biology #13. https://www.youtube.com/watch?v=qCLmR9-YY7o

Edición Génica - How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle https://www.youtube.com/watch?v=6tw_JVz_IEc

Página de internet

Regulación génica en eucariotas https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation/gene-regulation-in-eukaryotes/a/overview-of-eukaryotic-gene-regulation

Factores de Transcripción https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation/gene-regulation-in-eukaryotes/a/eukaryotic-transcription-factors

Regulación génica en bacterias https://es.khanacademy.org/science/biology/gene-regulation/gene-regulation-in-bacteria/a/overview-gene-regulation-in-bacteria

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EJERCICIO 18

Resolver

Dominancia completa y codominancia (grupo sanguíneo)

a- Una pareja tiene 3 hijos de los grupos A, O y AB ¿Qué genotipos presentan los progenitores?

b- Calcular la proporción fenotípica de los hijos de un hombre de grupo A, cuya madre era del grupo O, y de una mujer de grupo B, cuyo padre era del grupo O.

c- Un hombre con grupo de sangre B cuyos padres poseen uno grupo sanguíneo AB y el otro A, está en pareja con una mujer con grupo de sangre B. Tienen dos hijas con tipo de sangre B y AB respectivamente.

i- ¿Se puede asegurar fehacientemente que ambas son hijas biológicas de la pareja? Construir el pedigrí, indicando el posible genotipo de cada integrante.

ii- ¿Qué mecanismo de herencia ocurre entre los alelos A y B? Explicar Herencia ligada al sexo (daltonismo/ hemofilia)

d- Una pareja formada por un hombre (A) daltónico y una mujer (B) portadora del daltonismo tienen 3 hijos: un niño con visión normal, un niño daltónico y una niña daltónica. La mujer (B) tiene dos hermanos (uno de ellos daltónico y el otro no) y una hermana que tiene una visión normal para los colores. La hermana de la mujer B tiene tres hijos: dos niños daltónicos y una niña de visión normal. El padre de estos niños no es daltónico. Ni el padre ni la madre de la mujer B son daltónicos. a) Construir el árbol genealógico y determinar el genotipo de cada uno de los individuos que aparecen en el árbol genealógico.

e- La hemofilia es una enfermedad ligada al sexo. Si una mujer sana cuyo padre era hemofílico se casa con un hombre sano, los hijos (XY) de la pareja padecerán hemofilia en: a-todos los casos b-el 75% de los casos c-el 50% de los casos d-ningún caso

f- ¿Qué probabilidad tiene una mujer portadora del alelo de la hemofilia de tener con un hombre, que no padece hemofilia, un hijo o una hija hemofílicos? La hemofilia es una condición recesiva ligada al sexo. a) 50 %y 50 %

b) 0 % y 100 %

c) 100 % y 0 %

d) 50 % y 0 %

e) 75 % y 25 %

20

EJERCICIO 19

La mosca de la fruta o del vinagre puede tener ojos blancos u ojos rojos. En esta especie, al igual que en el ser humano, las hembras poseen XX y machos XY. Thomas Hunt Morgan, un genetista estadounidense, trabajó intensamente en un programa de reproducción y cruce de miles de moscas de la fruta en la Universidad de Nueva York. Observó que, por ejemplo, un macho de estas moscas de ojos blancos, que sólo posee alelos recesivos, fue apareado con una hembra de ojos rojos, homocigota dominante, y toda la F1 presentó ojos rojos. Esto no le llamó la atención y dedujo que el alelo rojo (A) era dominante. Pero, luego Morgan cruzó entre sí la progenie F1, tal como Mendel hizo con las alverjillas.

a- ¿Qué proporciones hubieses esperado encontrar si se trata de herencia autosómica

dominante? b- Sin embargo cuando Morgan realizó ese cruzamiento, no obtuvo las proporciones calculadas

en el ejercicio anterior y, además, ninguna hembra presentaba ojos blancos. A Morgan le llamó mucho la atención este hecho y se le ocurrió una alternativa. Para probarla cruzó un macho de ojos blancos con una hembra de la F1.

i- ¿Cuál habrá sido la hipótesis de Morgan al realizar un nuevo cruzamiento? ii- ¿Cuál habrá sido el resultado? Indicar las proporciones obtenidas.

c- El producto del gen para el color de ojos está relacionado con la enzima (A) que participa en la síntesis de un pigmento denominado ommocromo.

i- Suponiendo que la siguiente secuencia corresponde al exón 4 del gen A.

¿Cuál será la secuencia de aminoácidos correspondiente en la proteína?

…UGUAAAGGGCCUCUUUCUAUUUAA…

d- Se observó que la secuencia que corresponde al alelo a es similar a la del alelo A en el exón presentado. Sin embargo, los individuos que poseen sólo alelos a no presentan pigmento en los ojos. Proponer una hipótesis para este fenómeno. Ejemplificar con la secuencia de los ítems anteriores.

e- ¿Por qué en los eucariotas no se cumple la afirmación “un gen, una proteína”?

f- Dar un ejemplo que refute la siguiente afirmación: “Las mutaciones producen cambios en las proteínas”

EJERCICIO 20

La acondroplasia es una enfermedad genética de herencia autosómica dominante que afecta principalmente la formación de cartílago, por lo que la persona presenta enanismo. La enfermedad se manifiesta cuando un alelo del gen FGF3-R está mutado. Este gen codifica para una proteína receptora del factor 3 de crecimiento de fibroblastos, un tipo de células que forma parte de los tejidos conectivos.

Un hombre con acondroplasia tiene una hija sana con una mujer sana.

a- ¿Cuáles son los genotipos de los padres y de la hija? b- A continuación se muestra un fragmento interno de ARNm maduro del gen FGF3-R (el

primer nucleótido de esta secuencia corresponde al primer nucleótido del codón número 32).

5' - CGAAUAGCUUUA -3'

21

c- ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos codificada por el fragmento anterior?

d- La mutación del gen FGF3-R que genera el alelo que provoca la enfermedad es la eliminación (deleción) de un nucleótido en el ADN, que en el fragmento de ARNm anterior provocaría la ausencia de la primera U. ¿Cómo queda ese fragmento de ARNm luego de la mutación? ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos codificada luego de la mutación?

e- Más allá de lo que ocurre en este caso particular, ¿siempre que ocurre una mutación en la que se elimina un único nucleótido se ve afectada la proteína?

f- En algunos casos, la acondroplasia no es heredada de los padres sino que proviene de una mutación que ocurre en una célula del individuo durante su desarrollo embrionario. Colocar V o F en las siguientes afirmaciones. Justificar en todos los casos. i- Si la mutación no ocurre durante el desarrollo sino que ocurre en una célula de

la piel del individuo cuando este es adulto, esta persona será también enana. ii- Esta mutación genera un alelo nuevo. ……. iii- Otra posible manera en la que puede aparecer la mutación que produce

acondroplasia es por recombinación (entrecruzamiento) genética durante la meiosis. ……..

EJERCICIO 21

Leer y responder

El siguiente texto fue extraído de una noticia de Yahoo y a dos comentarios sobre la misma.

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a- Presentar mediante cuadros de Punnet los posibles genotipos de la descendencia de los padres de Anya.

b- ¿Es correcto el comentario de Martín? Explicar c- Según Jorge, el padre de Anya no puede tener un hermano B. ¿Es correcto?

Demostrarlo. d- Indicar el/los errores en el comentario de Jorge. e- Imaginemos que mediantes análisis genéticos se prueba que Anya es hija de “su

padre” y no de “su tío”. Se te ocurre alguna alternativa biológica que explique esta situación.

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EJERCICIO 22

Preguntas guía sobre operón lactosa

A- ¿Qué es un operón? B- ¿Qué significa en términos moleculares que una proteína reguladora pueda

“encenderse” o “apagarse”? C- El siguiente esquema muestra la estructura del operón lactosa y zonas reguladoras.

Indicar la función de cada parte.

D- ¿Qué sucede con el represor en presencia de lactosa? ¿Y con la transcripción? E- ¿Qué sucedería con la transcripción del operón lactosa en una bacteria que

presente una mutación en el operador que impida la unión de este con el represor? F- ¿Qué sucedería con la transcripción del operón lactosa en una bacteria que

presente una mutación en el gen regulador que produzca una modificación en la zona de unión de la lactosa, de modo que no puedan unirse entre ellos?

EJERCICIO 23

a- Indicar en cada caso presencia (+) o ausencia (-) de la enzima β-galactosidasa en la bacteria. Considerar que en el medio de cultivo no hay glucosa.

Beta-galactosidasa

Genotipo Sin lactosa Con lactosa

I+ P+ O- Z- Y+ A-

I- P+ O+ Z+ Y- A+

I- P- O+ Z+ Y+ A+

I+ P- O+ Z+ Y- A+

I- P+ O- Z+ Y+ A+

b- ¿Por qué debemos considerar en el ejercicio anterior que no hay glucosa?

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c- En el siguiente caso las bacterias, además del operón lac cromosómico, contienen otro operón en un plásmido (operón del cromosoma/operón del plásmido). Colocar un “+” donde la enzima isomerasa (A) se sintetiza y un “-“donde la enzima no se puede producir. Considerar ausencia de glucosa. Justifica tu respuesta.

Beta-galactosidasa

Genotipo Sin lactosa Con lactosa

I+ P+ O- Z- Y+ A-/ I- P- O+ Z+ Y+ A+

I- P+ O+ Z+ Y- A- /I+ P- O+ Z+ Y- A+

I- P+ O- Z+ Y+ A+/I+ P+ O- Z+ Y+ A+

EJERCICIO 24

Preguntas guía sobre regulación en eucariotas

A- ¿Qué significa “regulación de la expresión génica”? B- ¿Cómo puede influir la información proveniente del exterior de la célula en la expresión

génica? C- Los seres humanos somos un 98.8% idénticos a los chimpancés en términos genéticos.

¿Cómo podría explicar la regulación génica las importantes diferencias que tenemos a nivel fenotípico?

D- ¿Qué son los factores de transcripción? ¿Dónde actúan? ¿Qué tipos de factores de transcripción existen? Mencionar ejemplos.

E- Explicar la siguiente frase y dar un ejemplo “En general, podemos decir que el patrón de la expresión génica de una célula lo determina la información tanto del interior como el exterior de la célula.”

F- Explicar qué ocurre en cada etapa

G- Indicar todos los tipos de factores de transcripción que conozcas. ¿En qué se

diferencian?

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EJERCICIO 25

Ejercicios orientativos para los temas mitosis y meiosis

A- Completar el cuadro

MITOSIS MEIOSIS

Cantidad de células que se obtienen a partir de una célula madre

Complemento cromosómico de la célula madre (2n o n)

Complemento cromosómico de las células hijas (2n o n)

B- ¿Qué son los cromosomas homólogos? ¿y las cromátidas hermanas? C- ¿Cómo afectaría a la cantidad de cromosomas de las gametas que durante la primera

división meiótica un par de cromosomas no migra a diferentes polos de la células? Representarlo.

D- El siguiente es el cariotipo de una célula.

E- El siguiente gráfico corresponde a la división de una célula 2n=6. Responder

i- ¿Qué tipo de división representa? ¿Por qué? ii- ¿Qué etapa del ciclo celular está marcado con la letra b? ¿Por qué? iii- Representar una célula al final de la etapa b y en la etapa e

i- Completar

La célula posee un complemento cromosómico

2N= ……

ii- Señalar con el mismo color los

cromosomas homólogos.

iii- ¿En qué etapa de la mitosis podría

encontrarse esta célula? ¿Por qué?

iv- Dibujar una célula de esta especie

al final de la meiosis. Explicar.

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EJERCICIO 26

a- La rana Xenopus tropicalis es una especie acuática de Sudáfrica. Se encontraron

individuos albinos de esta especie. Este trastorno genético presentan un mecanismo de dominancia completa y es recesivo. Suponer que está determinado por un gen con dos alelos (A dominante y a recesivo) ¿Cuál/es es el/los genotipo/s de ranas albinas de Xenopus tropicalis?

b- Xenopus tropicalis presenta una dotación cromosómica 2n=10. Dibujar una célula de Xenopus tropicalis luego de la meiosis I. Indicar cantidad de cromosomas y si es haploide o diploide. ¿Qué estructuras se separan durante la meiosis I?

c- Vamos a suponer que la siguiente es una secuencia de nucleótidos de ADN de la hebra molde del alelo A responsable de la coloración. Los nucleótidos subrayadas correspoden a los intrones.

…..T A C C C T A C G T A T C A T C T C C C G G A T T C G ……

i- Escribir la secuencia del ARN mensajero maduro.

ii- Escribir la secuencia de aminoácidos correspondiente a una parte de la proteína.

iii- ¿Cuál de las siguientes secuencias de ADN molde podría ser la correspondiente al mismo sector que el indicado en el ejercicio, pero del alelo a? ¿Por qué? Marcarla con color

…..T A C C C T A C G T A T C A A C T C C C G G A T T C G ……

…..T A C C T T A C G T A T C A T C T C C C G G A T T C G ……

…..T A C C C T A C G T A T C A T A T C C C G G A T T C G ……

d- En el año 2010 se secuenció el genoma de la rana Xenopus tropicalis y la razón de ello tiene que ver con el uso que se hace tradicionalmente de esta especie en los experimentos de laboratorio. Esta especie cuenta con 20.000 genes.

Otro grupo de científicos produjo ranas transgénicas que expresan el gen de la proteína fluorescente GFP proveniente de medusas en las células musculares.

i- Si en esta especie se realiza splicing alternativo, ¿Esperarías encontrar una cantidad mayor, menor o igual a 20000 proteínas? Explicar

ii- Además de la secuencia que codifica para la proteína GFP, ¿Qué otros elementos son necesarios incluir en el genoma de la rana para que produzca células musculares fluorescentes? Explicar

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EJERCICIO 27

La fibronectina (FN) es una proteína muy abundante en la matriz extracelular (ECM) y en el plasma sanguíneo. Su designación, derivada de las raíces latinas fibra y nectere (unir o conectar), refleja una de las funciones más obvias de esas proteínas. Actúan como cables y elementos de conexión. Las moléculas de fibronectina pueden agruparse en fibrillas, unirse a las células y conectarlas con otros tipos de fibrillas. Por ejemplo, se une a proteínas de la ECM (colágenos, fibrina, proteoglicanos y FN) regulando la adhesión, migración, proliferación y supervivencia de las células. También participa en el proceso de cicatrización.

La fibronectina puede encontrarse de forma soluble en el plasma (forma un dímero es decir presenta dos estructuras terciarias unidas) e insoluble en la matriz extracelular o líquido intersticial (en este caso forma un multímero de alto peso molecular mantenido por enlaces covalentes). Aunque diversos tipos celular tienen la capacidad de sintetizar y secretar fibronectina, la mayor cantidad de la forma soluble proviene de los hepatocitos del hígado y la insoluble de los fibroblastos.

Existe un solo gen para la FN en cada célula de mamífero (en realidad dos copias, dos alelos, cuyas secuencias son idénticas). El gen tiene 70 kilopares de bases (kpb) de longitud. El kpb es una unidad de medida que corresponde a 1000 pares de bases (se considera par de bases a los dos nucleótidos apareados de cada cadena) (Fig. 1).

Figura 1 A y T son una par de bases

Se han encontrado dos RNA mensajeros maduros de 7,7 y 8,0 kb (kilo bases) de longitud, respectivamente. El de 7,7 kb es idéntico en secuencia al de 8,0 kb, excepto por el hecho de que carece de un segmento interno de 0,3 kb.

a) ¿Cómo explicarías la gran diferencia de tamaño entre el gen (70 kpb) y sus mensajeros (aproximadamente 8,0 kb)? ¿Por qué en el ADN se mide por kpb y en el ARN mensajero en kb?

b) ¿Cómo explicarías la existencia de dos tipos de RNA mensajeros de FN diferentes? Incluir en la explicación el siguiente esquema indicando qué estructuras están representadas en el mismo.

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c) Proponer una hipótesis que explique la diferencia en la solubilidad de la fibronectina en el plasma y en la ECM, teniendo en cuanta la explicación del ítem anterior (b).

d) Suponer que la región codificante que corresponde a uno de los exones del gen de la FN comienza con la siguiente secuencia de nucleótidos que se muestra en el esquema:

i- ¿Cuántos aminoácidos se necesitarán para traducir este exón completo? ii- Escribir la secuencia del ARN mensajero y de la proteína para las bases que se

muestran en la figura. (Usar el código genético)

iii- ¿Cuál sería el efecto de la inserción de una Adenina a la derecha de la Timina indicada en la figura? Explicar

e) Se compararon las secuencias de los aminoácidos y nucleótidos relacionados con la FN en humanos y ratones. Se observó que la secuencia aminoacídica de la FN soluble es prácticamente idéntica en ambas especies. Sin embargo, las secuencias nucleotídicas de los genes correspondientes (humanos y ratones) son muy diferentes. Dar una explicación para este hecho.

EJERCICIO 28

Leer y resolver

Las opsinas son un grupo de proteínas fotosensibles cuyo grupo cromóforo (región de la molécula que cambia ante la exposición a ciertas longitudes de onda) es el retinal, un derivado del retinol o vitamina A. Cada tipo de opsina es sensible a luz de longitudes de onda diferentes. Los conos se clasifican en tres tipos según el la opsina que tengan:

Tipo L o conos rojos: tienen eritropsina, sensible a longitudes de onda largas en los 560 nm (color rojo).

Tipo M o conos verdes: tienen cloropsina, sensible a longitudes de onda medias alrededor de los 530 nm (color verde).

Tipo S o conos azules: tienen cianopsina, sensible a longitudes onda cortas alrededor de los 430 nm (color azul).

Cuando las opsinas son estimuladas por la luz, el retinal cambia a la forma trans-retinal y activa a otra proteína de membrana, la transducina. Cada transducina activa a su vez a la enzima cGMP fosfodiesterasa (PDE). Esta enzima cataliza la hidrólisis de cGMP (guanosín monofosfato cíclico)

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hasta 5′ GMP. El cGMP se encuentra unido a los canales iónicos de sodio (Na+) que hay en la membrana de los fotorreceptores y los mantiene abiertos, lo que resulta en la entrada de iones positivos al interior de la célula y su despolarización. Al pasar a 5 ′ GMP, los canales se cierran, los iones sodio dejan de entrar a la célula, se acumula en el exterior y en consecuencia el receptor se hiperpolariza. Todo ello dura alrededor de un segundo. Este cambio en el potencial de membrana conduce al cierre de los canales de calcio dependientes de voltaje que a su vez conlleva una disminución de la entrada de Ca2+ en la sinapsis. El resultado final es una disminución de la secreción del neurotransmisor glutamato por parte de los fotorreceptores. La sinapsis con las células bipolares es inhibitoria, por tanto se deja de inhibir a la célula bipolar, formándose un impulso nervioso que es transmitido a las células ganglionares y de éstas al cerebro.

El gen que tiene la información que permite a las células denominadas conos sintetizar la cianopsina, se encuentra ubicado en un par de cromosomas denominados cromosomas 7. Que el alelo con la información de esa proteína esté presente en alguno de los dos cromosomas es suficiente para que haya cianopsina en los conos.

a- Explicar detalladamente cómo se produce la cianopsina a partir del gen ubicado en el cromosoma 7.

b- ¿Por qué suponés que la cianopsina se produce exclusivamente en los conos y no en otras células del cuerpo? Proponer hipótesis que expliquen dicho fenómeno.

c- Uno de los alelos existentes de este gen, es una variante que tiene una serie de mutaciones en la región promotora del gen, lo que la modifica considerablemente, perdiendo su función. ¿Cómo afecta esto a las reacciones que ocurren entre los fotorreceptores y las células nerviosas? ¿Qué consecuencia tendrá para una persona, nacer con homocigosis para este alelo? Justificar

d- Suponer que dos personas heterocigotas, Cc (C: alelo con información sobre la cianopsina, c: alelo con promotor mutado) tienen descendencia. Calcular probabilidades genotípicas y fenotípicas de la descendencia. Justificar.

e- Otro de los alelos existentes se produjo por la mutación (cambio de un nucleótido por otro) de un nucleótido presente luego de la región promotora y antes de la secuencia de finalización de la transcripción. ¿Qué consecuencias puede traer dicha mutación? Justificar a partir de lo explicado en (a)

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EJERCICIO 29

La hemoglobina es una proteína de estructura cuaternaria formada por 2 pares de cadenas de aminoácidos (4 subunidades) denominadas subunidad alfa y subunidad beta. Esta proteína está presente en los glóbulos rojos y permite el transporte de oxígeno por estas células.

El gen que contiene la información sobre la beta globina está localizado sobre el cromosoma 11 y tiene 475 variantes alélicas

Existen varias enfermedades hereditarias por hemoglobinas anormales que afectan a millones de personas en el todo el mundo. Entre estas, las más importantes son aquellas que están relacionadas con alteraciones en la cadena beta de la hemoglobina, siendo la más importante la drepanocitosis o anemia falciforme

La anemia falciforme es una enfermedad hereditaria, producida por la presencia de la hemoglobina S que se produce por un cambio de aminoácido en la posición 6 de la subunidad beta, (ácido glutámico por valina), lo que disminuye la solubilidad de la proteína, de tal manera que la hemoglobina S forma polímeros produciendo un glóbulo rojo en forma de hoz. Esta característica produce la vaso-oclusión, así como la liberación del grupo hemo, que interacciona con la membrana de los glóbulos rojos, causando hemólisis con la consecuente anemia. La enfermedad está acompañada de varios síntomas característicos. Las personas heterocigotas para este alelo presentan cierta cantidad de este tipo de hemoglobina, pero tienen escasos síntomas.

a- Explicar por qué un cambio en un nucleótido del gen de la subunidad beta puede producir anemia falciforme. Para esto, detallar en qué sentido variará el ARNm producido y por qué esto implicará una variación en la proteína formada.

b- Una persona homocigota para este gen, sin anemia falciforme, tiene descendencia con una persona con anemia falciforme. Una persona de esta generación tiene descendencia con una persona heterocigota. ¿cuál es la probabilidad de que su descendencia tenga anemia falciforme? Justificar utilizando el concepto de cromosomas homólogos

c- Dentro de las variantes alélicas para este gen, alguna de ellas no tienen ninguna consecuencia sobre la salud del individuo aun en homocigosis, mientras que otras implican embriones no viables en homocigosis. Proponer hipótesis que expliquen este fenómeno. Justificar

d- ¿Cómo se puede explicar la presencia de la hemoglobina solamente en los glóbulos rojos? Proponer hipótesis.

e- Uno de los síntomas de la anemia es el cansancio. Justificar

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EJERCICIO 30

La somatostatina, conocida como hormona inhibidora de la liberación de la hormona de crecimiento, es una hormona proteica con 14 aminoácidos producida por las células delta del páncreas, en los denominados islotes de Langerhans. Fue la primer hormona humana sintetizada por la bacteria Escherichia coli. Sirve para el tratamiento de diversas enfermedades causadas por la falta de esta hormona

El fago λ o bacteriófago lambda es un virus bacteriófago que infecta a la bacteria Escherichia coli descubierto en 1950. Se trata de un virus complejo de ADN lineal bicatenario. Los extremos de su material genético son cohesivos y ello hace que tras la infección su genoma se haga circular, comportándose como un plásmido. Este virus se utiliza como vector para poder generar bacterias transgénicas con determinados genes de interés, pues es posible modificar el material genético viral e incorporarle segmentos de ADN conservando su capacidad infecciosa.

La imagen de abajo representa un ADN viral modificado con un gen de resistencia a la Tetraciclina y un gen letal para bacterias. Con flechas se indica el sitio de corte de las diferentes enzimas de restricción que pueden

utilizarse para agregar un gen de interés

a- ¿Cómo obtendrías el fragmento de ADN necesario para incorporar al ADN del virus, de forma tal que, cuando esté dentro de las bacterias, comience a producirse somatostatina en estas?

b- Una vez obtenido, ¿cómo incorporás ese segmento de ADN al ADN viral que se muestra en la figura de la izquierda? ¿Cuál enzima de restricción utilizarías para incorporar este gen, teniendo en cuenta que después vas a tener que identificar aquellas bacterias que hayan incorporado el material genético viral de las que no, así como aquellas que hayan incorporado el material genético viral junto con el gen de

interés, de aquellas que sólo hayan incorporado el material genético viral. c- ¿Qué es necesario dejar intacto en el material genético del virus, de forma tal que sirva

como vector para incorporar el gen de interés en las bacterias? En la respuesta, explicá de qué manera infecta el virus a las células y cómo se replica.

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EJERCICIO 31

Leer y responder

La clonación de un mamífero

Por Diego Hurtado de Mendoza para Ciencia Hoy el 30/06/1997. Publicado en Ciencia en el Mundo, Número 39.

Una descripción breve y simple de los métodos para clonar animales.

Se denomina clon a una colección de organismos genéticamente idénticos provenientes de un único ancestro. Es fácil imaginar un clon celular, es decir, un grupo de células que han proliferado a partir de una célula aislada. Pero, no es tan simple comprender cómo los científicos pueden clonar mamíferos superiores.

El experimento, relatado en forma simple, fue corno sigue: se cultivaron in vitro células de la glándula mamaria – la ubre – de una oveja adulta de raza Finn Dorset que se encontraba en el último trimestre de preñez, Las células fueron posteriormente fusionadas, mediante un shock eléctrico, con ovocitos (óvulos inmaduros) a los que previamente se les había extraído el núcleo (ovocitos anucleados), provenientes de una oveja de raza Scottish Blackface (blanca con cara negra). Estos ovocitos, fertilizados de manera artificial, luego de ser activados con una suave descarga eléctrica, comenzaron a dividirse. Cuando los embriones llegaron a poseer entre ocho y dieciséis células (estadio de mórula), se implantaron en el útero de otras ovejas Scottish Blackface. Transcurridos 148 días nació un cordero de 6,6kg de peso, totalmente blanco, el primer vertebrado obtenido a partir de una célula tomada de un mamífero adulto. Estudios moleculares demostraron que la dotación genética del cordero clonado era similar a la de la oveja de la cual se extrajeron las células de la glándula mamaria, y diferente a la de la oveja utilizada como portadora.

Desde el siglo pasado se sabe que es posible clonar plantas a partir de una única célula tomada de alguna de sus partes (tallo, hoja, raíz, etc.). Sin embargo, salvar la distancia entre la clonación de plantas y la de animales iba a llevar su tiempo. No fue hasta 1967 que John Gurdon, destruyó con radiación ultravioleta el núcleo de huevos no fecundados de una especie de rana africana, Xenopus laevis, e inyectó en ellos núcleos de células intestinales (células ya diferenciadas) de la misma especie de rana. Logró de este modo desarrollar embriones, los cuales, sin embargo, morían sin superar el estadio de renacuajos. Los resultados de Gurdon fueron considerados como una indicación de que las células de tejido adulto conservan el genoma completo, pero con alteraciones importantes.

Los primeros métodos de transferencia nuclear en mamíferos fueron desarrollados en ratones y presentaron inesperadas dificultades, aparentemente relacionadas con el ciclo celular, que es de importancia crucial en la determinación de la compatibilidad entre el núcleo donante y el ovocito receptor.

Recordemos que, durante el ciclo vital de una célula – con sus dos estadios, la interfase y la división –, la duplicación del ADN se lleva a cabo durante el período S (o sintético) de la interfase. El período que

El pasado 27 de febrero (1997), en un artículo publicado por la revista Nature (Wilmut, I, Schnieke, A.E., Mcwhir, J, Kind, AJ & Campbell KHS, 1997 'Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells', Nature, 385:8101), los autores, miembros del Roslin Institute de Edimburgo t de PPL Therapeutics, dieron a conocer los resultados de un experimento que logró demostrar que el material genético de las células de un tejido adulto conserva la capacidad de dar origen a un nuevo organismo.

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precede al S es el G1 (de gap, brecha), y el que le sucede, G2. EI ciclo de división celular sigue, entonces, los siguientes pasos: G1, S, G2, mitosis, y recomienza en G1 (Fig. I). La duración del ciclo es regulada por su detención en un punto específico de G1. En ta1 caso, se dice que la célula se ha retirado del ciclo celular, y que se encuentra en el estado GO. Al reanudar el crecimiento, la célula retoma el período G1, en el cual el contenido de ADN es diploide, es decir, tiene el número normal de cromosomas – dos copias de cada uno – ; en el resto de los períodos, es mayor.

FIG 1. CICLO VITAL DE UNA CÉLULA: MUESTRA LOS CAMBIOS EN EL CONTENIDO DE ADN DURANTE LOS DISTINTOS PERÍODOS, EN FUNCIÓN DELTIEMPO. 2C CORRESPONDE A UN CONTENIDO DIPLOIDE DE ADN (DOS COPIAS DE CADA CROMOSOMA) Y 4C A UN CONTENIDO TETRAPLOIDE (CUATRO COPIAS DE CADA CROMOSOMA). LA EXTENSIÓN DE CADA ETAPA DEL CICLO ES PROPIA DE CADA CÉLULA.

En las experiencias previas realizadas con mamíferos, el núcleo tomado de un embrión temprano se encontraba, la mayoría de las veces, en las fases S o G2 (en las que existen más de dos y hasta cuatro copias de cada cromosoma). En estos casos, al ser implantado el núcleo en un ovocito detenido en una fase sólo compatible con núcleos diploides, habría replicaciones adicionales, lo cual impediría el desarrollo normal del embrión. Wilmut y sus colegas lograron evitar esta asincronía reduciendo drásticamente la concentración de nutrientes del medio en el cual se hallaban en cultivo las células que aportarían sus núcleos, Io que inactiva sus ciclos de crecimiento y las detiene en la fase GO (Fig. 2). Así se logró una mejor sincronía en los tiempos de replicación, una vez transplantados los núcleos e iniciado el desarrollo del embrión.

FIG 2. ESQUEMA EXPERIMENTAL QUE PERMITIÓ LA CLONACIÓN DE UN MAMÍFERO A PARTIR DE UNA CÉLULA ADULTA.

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El trabajo que hemos comentado no sólo representa una importante corroboración de la hipótesis de que el material genético de las células adultas no sufre alteraciones irreversibles durante su desarrollo y diferenciación; también aporta una promisoria técnica de experimentación. En cuanto a las potenciales aplicaciones, la más obvia consiste en la posibilidad de clonar ovejas seleccionadas por sus rasgos preferenciales. Sin embargo, para poner en práctica lo último en gran escala, se deben aún efectuar substanciales mejoras a las técnicas aplicadas. La célebre oveja obtenida de la célula mamaria, bautizada Dolly, representa apenas un 3,4% de efectividad respecto del número total de núcleos transferidos.

Dos sucesos anecdóticos pueden dar una idea del impacto social de estos resultados. El primero se relaciona con el hecho de que dos de los cinco autores que firman el trabajo pertenecen a PPL Therapeutics, compañía que se dedica a la biotecnología e investiga acerca de la crianza de animales con el propósito de fabricar productos medicinales. Al día siguiente de la publicación en un periódico del adelanto de los resultados que aparecerían en Nature, el valor de las acciones del PPL Therapeutics subió de 0,25 a 3,60 libras. El segundo hecho es de orden político: en el editorial del número de Nature mencionado, los editores hicieron saber que un académico de Harvard, al enterarse de que se publicaría el artículo de Wilmut y sus colegas, pidió que se lo retirara de la revista argumentando que: En la medida en que el procedimiento se convierta en algo cada vez más común, su abuso por parte de grupos extralegales o extranjeros es casi inevitable. Si bien publicaron el trabajo, los editores de Nature reconocieron que, más allá de los obstáculos experimentales que aún existen, la clonación de los mamíferos aparece en el horizonte de las posibilidades científicas, y que, como consecuencia, el académico de Harvard estaba en lo cierto cuando señaló que, hasta ese momento, la discusión del tema había sido inadecuada.

El lector interesado en tener acceso gratuito al artículo original de Nature podrá encontrarlo en cualquiera de las siguientes dos páginas: http://www.nature.com y http://www.nature.america.com

A- ¿Por qué crees que utilizan ovocitos? B- ¿Podría realizarse un clon utilizando el núcleo de un óvulo o espermatozoide? C- Suponer que las células de la rana tienen en G1 80 pg (picogramos) de ADN, ¿Cuántos

picogramos esperarías encontrar al final de la fase G2? ¿Por qué? ¿Cuál es la importancia de que ocurra ese cambio en la cantidad de ADN?

D- ¿Qué células de nuestro cuerpo esperarías que presenten ciclos celulares más cortos, más largos o se encuentren en G0? Justificar

E- ¿Cuál es tu opinión de lo expresado en el último párrafo de la nota?

EJERCICIO 32

Leer y resolver Tres bebés varones nacieron en la misma mañana, en el mismo hospital. Al mismo tiempo, el hospital comenzó a utilizar nuevos brazaletes de identificación. Cuando los bebés fueron bañados, los brazaletes se soltaron. Para evitar cualquier confusión sobre a qué padres pertenece cada bebé, se llevó a cabo un test genético basado en VNTRs. Se obtuvieron muestras de sangre de los padres y de los bebés, se extrajo el ADN y se amplificó por PCR. El ADN luego fue tratado con la enzima de restricción Ban I y se separaron los fragmentos obtenidos por electroforesis en gel de agarosa. Los resultados de un Southern blot son los mostrados más abajo. Para revelar los fragmentos se usó una sonda radioactiva que se une a una secuencia dentro de los fragmentos Ban I que exhiben polimorfismos. El siguiente cuadro muestra el resultado:

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a) ¿Qué es un VNTR? ¿Cuál es la ventaja de utilizar estas secuencias?

b) ¿Qué es una enzima de restricción? ¿Cómo actúa? c) Una vez digerido el ADN con las enzimas de restricción y sembrados en el gel de

agarosa, ¿qué mecanismo y fundamento es utilizado para separar las bandas por longitud?

d) Identificar el bebé de cada pareja. Explicar

EJERCICIO 33

Se ha detectado una mutación que provoca una enfermedad, según se describe en la imagen. a) En el análisis electroforético se muestran los genotipos de tres individuos. ¿Quiénes posee la mutación en cuestión en estado heterocigótico? ¿Y en estado homocigótico? b) ¿Por qué la línea del ADN del gel de los alelos mutantes migran menos?

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EJERCICIO 34

La fibrosis quística es una enfermedad autosómica recesiva, que reduce la esperanza de vida de quienes la padecen a seis meses sin tratamiento o a 35 años con adecuado tratamiento. Los mapas de EcoRI (R) en los alelos silvestre y mutante del gen de la fibrosis quística se muestran en la Figura. Se obtuvieron muestras de ADN de un feto (F) y sus padres (M y P), que fueron sometidas a una electroforesis en gel de agarosa seguida de una transferencia a membrana por el método de Southern. Se muestra el sitio de unión de la sonda (lo que se revela y puede observarse como una mancha en el gen).

¿Padecerá el hijo la enfermedad?

EJERCICIO 35

La vitamina D es una sustancia esencial para la mineralización de los huesos. El organismo humano puede obtenerla por dos vías: síntesis en la piel por la acción de los rayos ultravioleta de la luz solar sobre el 7-dehidrocolesterol, transformando esta sustancia en colecalciferol, o por vía digestiva a través de la ingesta de alimentos. En condiciones normales el 90% procede de la síntesis en la piel y solo el 10% de los alimentos.

El colecalciferol es modificado primero por la enzima 25-hidroxilasa ubicada en las células del hígado, y su producto por otra enzima en células de los riñones obteniendo finalmente la hormona 1,25- dihidroxicolecalciferol (denominada calcitriol o vitamina D3), como muestra el esquema.

El calcitriol es transportado por la sangre y actúa sobre las células del intestino delgado, en donde se liga a un receptor: una proteína intracelular de alta afinidad, que se activa por este fenómeno. El complejo hormona-receptor se liga a secuencias reguladoras del ADN nuclear y promueven la síntesis de proteínas específicas, como la TRPV6, que es un canal que se encuentra en las membranas de las células que recubren las paredes del intestino y contribuyen al pasaje del calcio.

25 hidroxilasa

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La piel contiene melanocitos, células que sintetizan un pigmento oscuro (melanina) cuando están expuestas a la radiación UV. Al quedarse los seres humanos sin el pelo que les cubría la mayor parte del cuerpo, la capacidad de la piel de producir melanina adquirió una importancia nueva. La melanina es el protector solar natural, ya que absorbe los rayos UV, haciéndoles perder energía

1) El receptor de la hormona calcitriol está presente en el interior de las células del intestino. ¿Qué se puede suponer sobre la polaridad o no de esta hormona teniendo en cuenta que la membrana plasmática es permeable a dicha hormona? Justificar esquematizando la estructura de la membrana plasmática. ¿Cómo pasa la hormona desde la sangre hacia el interior de las células?

2) Proponer un mecanismo que explique en qué estructura se produce, y cómo llega hasta la membrana celular el canal que permite el paso del calcio, partiendo del concepto de gen.

3) La enzima 25 hidroxilasa permite la incorporación de un grupo oxidrilo (-OH) al colecalciferol. Se encontró que una molécula de forma similar a la de colecalciferol resulta toxica si se consume en ciertas cantidades, provocando falta de mineralización de los huesos. Explicar.

4) El albinismo oculocutáneo describe un grupo de trastornos hereditarios de la biosíntesis de melanina caracterizados por una reducción generalizada en la pigmentación de pelo, piel y ojos. En la mayoría de los casos se debe a una alteración genética localizado en el gen TYR que dominancia completa del alelo T frente al alelo t (no se produce melanina).

En el siguiente pedigrí se señalan con negro las personas que presentan albinismo (los círculos representan personas XX y los cuadrados XY). Indicar si el albinismo es una enfermedad recesiva o dominante y autosómica o ligado al sexo. Justificar

5) Esquematiza los cromosomas homólogos que contienen al gen TYR en una persona

heterocigota. Luego representan cómo se distribuyen los mismos en las células que se obtienen luego del proceso de meiosis.

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EJERCICIO 36

En las respuestas deben estar expuestos todos los supuestos que están involucrados en la elaboración de las mismas.

El virus de la inmunodeficiencia humana (HIV) es un retrovirus que causa la infección por HIV y, con el tiempo, el síndrome de inmunodeficiencia

adquirida (sida). El sida es una enfermedad que progresa hacia el deterioro del sistema inmune.

El HIV infecta células vitales en el sistema inmune humano como las células T helper (específicamente células CD4+), macrófagos y células dendríticas. La infección por HIV puede llevar a niveles bajos de células T CD4+ a través

de varios mecanismos.

Cuando el número de células T CD4+ disminuyen bajo un nivel crítico, se pierde la inmunidad celular y el organismo se vuelve progresivamente más susceptible a las infecciones.

El virus del HIV está constituido por una envoltura membranosa, una cápside proteica, material genético (ARN) y enzimas, entre las cuales está la transcriptasa inversa. El virus ingresa al interior de una célula y comienza el ciclo de infección y replicación.

En el ciclo de infección y replicación, la enzima transcriptasa inversa permite la síntesis de ADN viral, utilizando como sustrato nucleótidos de la célula. La molécula de ADN que se forma es una copia del ARN Viral. El ADN viral ingresa al núcleo celular y permanece en la célula, e incluso puede pasar a las células hijas de la célula infectada. Esta molécula tiene información que provoca que nuevos virus se fabriquen en la célula, que saldrán e infectarán otras células

1) Una de las ramas de investigación que persigue el objetivo de disminuir el contagio del HIV y las de las infecciones hacia otras células de una persona infectada, consiste en la síntesis en laboratorios de moléculas similares a los nucleótidos, pero que no sirvan para formar ADN, con los que de elaboran fármacos para tratar pacientes infectados ¿Para qué buscan

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moléculas similares a los nucleótidos? ¿Por qué funciona como un fármaco? Este fármaco, ¿cura a alguien que ya presente células infectadas con el hiv? Explicar y Justificar

2) En un laboratorio se sintetizaron varias moléculas similares a los nucleótidos, para seleccionar aquel que sea más efectivo. ¿Qué experimentos, utilizando nucleótidos y la transcriptasa inversa, habrán realizado con las diferentes moléculas fabricadas, para evaluar la efectividad de estas? ¿Cómo graficarías el experimento que se realizó y que permitió seleccionar a la molécula denominada lamivudina, utilizada actualmente? Explicar y Justificar

EJERCICIO 37

La enfermedad de Huntington, el síndrome del X frágil, la distrofia miotónica y diversas ataxias espinocerebelosas comparten un origen molecular común: están causadas por la expansión anómala de fragmentos de ADN repetitivos (figura 1) . Así, por ejemplo, el síndrome del X frágil (FRAXE) se produce por la expansión de un fragmento del gen FMR1 que normalmente contiene entre 5 y 40 repeticiones del triplete CGG pero que en los pacientes presenta más de 200 repeticiones CGG. Por lo general, la expansión del triplete impide que se produzca proteína normal lo que afecta al funcionamiento del sistema nervioso y da lugar a la enfermedad.

Las expansiones que no alcanzan un tamaño crítico se denominan premutaciones, las cuales son clínicamente silentes, es decir no provocan ningún síntoma, pero muestran gran tendencia a expandirse a mutaciones completas que causan enfermedad en los descendientes. Es sorprendente que dichas repeticiones constituyan una elevada proporción del genoma de los organismos. De hecho durante mucho tiempo se le denominó DNA basura al no atribuírseles un papel funcional. Este término, sin embargo, ha quedado obsoleto al descubrirse numerosos efectos fenotípicos dependientes del número de repeticiones. En efecto, independientemente de que la secuencia repetida se encuentre en una región codificante o no codificante el número de repeticiones puede modular la función génica.

1) Se está analizando una patología, conocida como Distrofia Miotónica (DM) asociada a la expansión del trinucleótido CTG, que puede presentar entre 80 a miles de repeticiones y muestra correlación con la severidad de la enfermedad. Entre 4 y 50 repeticiones no aparece la enfermedad. Entre 50 y 80 el individuo estaría medianamente afectado y a partir de 100 presenta un fenotipo clásico de la DM. Las personas que padecen DM presentan una degeneración muscular lenta y progresiva. Se realiza un análisis electroforético del fragmento correspondiente al exón que contiene las repeticiones (señalado en la figura 2) que poseen los integrantes de una familia (se sabe que pueden presentar 30, 60, 120, 180 o 240 repeticiones). Sin contar las repeticiones dicho exón posee 600 pares de bases. Se trata el fragmento con la enzima de restricción Ban I (B) cuyos sitios de corte se observan en la figura 2.

Fig. 1 Se pueden observar los sitios en

los que pueden producirse repeticiones

en tándem de tripletes de diversas

longitudes. La cantidad de repeticiones

determina la manifestación o no de la

enfermedad

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Los resultados correspondientes a algunos integrantes de la familia representada en el árbol genealógico se muestran en la figura 3. Los individuos pintados de negro presentan DM.

A- ¿Cuántas repeticiones CTG posee los integrantes 1 a 6? Justificar B- Indicar si la enfermedad es recesiva o dominante. Explicar C- ¿Qué probabilidad tienen los individuos 5 y 6 de tener descendencia con DM? Justificar D- ¿Cómo afectará a la masa molecular de la proteína que la secuencia repetitiva se encuentre

en un intrón o en un exón? La masa molecular está relacionada a la cantidad de aminoácidos que posee la proteína. Justificar

E- Una persona posee un alelo de 120 repeticiones y otro de 240. Sin embargo, las proteínas que se producen a partir de la expresión del gen presentan una masa molecular similar a individuos que no padecen DM. Proponer una hipótesis para este fenómeno y explicarla claramente, indicando moléculas y procesos involucrados.

2) Para un individuo heterocigota, indicar cuántos alelos diferentes esperarías encontrar en las células que se encuentran en las siguientes etapas (si bien los seres humanos posee 23 pares de cromosomas, se representa con una célula 2n=4). Además, indicar a qué tipo de división corresponde cada dibujo (mitosis, meiosis I o meiosis II) Justificar

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3) Se quiere transformar bacterias para que produzcan una proteína con 80 repeticiones. Se aíslan ARN mensajero maduros del gen relacionado con la DM y se los utiliza como molde para que la enzima retrotranscriptasa1 reversa copie dicha información en una molécula de ADN. De este modo se obtiene el gen de interés que se introducirá en un plásmido. Finalmente el vector de clonación contiene un gen de resistencia a antibiótico (ampr) y el operon lactosa con el gen de interés (ver figura).

El fragmento A contiene el operón lactosa y a continuación del mismo el gen DM .

C- ¿Qué función cumple el gen ampr? Explicar

1 Es una enzima de tipo ADN-polimerasa, que sintetiza ADN utilizando como molde ARN, es decir, catalizar la retrotranscripción o transcripción inversa.

A- ¿Por qué es necesario hacer una copia del gen

(ADN) a partir del ARN mensajero y no se puede

utilizarse directamente la hebra de ADN

codificante? Considerar los procesos que

ocurren en la transcripción.

B- Si las bacterias transformadas con el vector se

colocan en una medio de cultivo con lactosa y

con glucosa. ¿Esperarías obtener cantidades

significativas de proteína de interés? Explicar

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EJERCICIO 38

Drosophila melanogaster es la especie de la mosca de la fruta usada frecuentemente en experimentación genética, dado que aproximadamente el 61% de los genes de enfermedades humanas

que se conocen tienen una contrapartida identificable en el genoma de estos insectos. El genoma de D. melanogaster contiene cuatro pares de cromosomas: un par X/Y, y tres autosomas.

Una vez secuenciado el genoma de Drosophila, los científicos cruzaron esta información con bases de datos de secuenciación de exomas (fracción del genoma que corresponde a los exones) de pacientes con enfermedades genéticas para las que no se conoce mucho sobre su mecanismo. De este modo identificaron y confirmaron las mutaciones responsables de varias enfermedades.

George Huntington describió en 1872 una enfermedad caracterizada por la pérdida progresiva de las funciones cognitivas y cambios de personalidad, así como por movimientos faciales y corporales espasmódicos. Su causa genética radica en una expansión repetitiva de una secuencia de tres nucleótidos, del tipo CAG, en el gen Huntingtina (HG). Los ribosomas de la célula, encargados de la síntesis de proteínas utilizando la información codificada en los ARN mensajeros (ARNm), traducen estos tripletes CAG a glutaminas (abreviadas como Q). Así, mientras que la proteína huntingtina (hg) contiene de manera normal unas 8-25 glutaminas seguidas, los enfermos de Huntington poseen proteínas hg con 40 o más glutaminas repetidas. La existencia de expansiones de glutaminas en al menos otras diez patologías conocidas ha llevado a agruparlas en una única categoría de trastornos neurodegenerativos que comparten ciertas características, conocidas como enfermedades poliQ. La naturaleza y el comportamiento común de las mutaciones debidas a la expansión de secuencias CAG llevó a los investigadores a diseñar una variante mutante del gen HG e introducirla en el genoma de Drosophila, con el fin de generar un modelo donde estudiar la neurodegeneración típica de las enfermedades poliQ. Las moscas modificadas genéticamente que expresaban la proteína hg mutante presentaban neurodegeneración, tal y como ocurre en enfermos de Huntington, y reproducían varios aspectos importantes de la enfermedad.

1) El siguiente dibujo representa una célula de Drosophila en proceso de división celular. Indicar en qué tipo de división se encuentra (mitosis, meiosis I o meiosis II) y si se trata de una célula diploide o haploide. Luego dibujar lo que ocurre en el paso siguiente. Describir brevemente qué ocurre.

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2) Algunos individuos de la familia representada en el siguiente pedigrí padecen la enfermedad de Huntington (figuras pintadas de negro). Se sabe que entre los alelos del gen HG que poseen los progenitores (A y B) se presentan 10, 30, 42 y 60 repeticiones del triplete CAG.

3) Se realizó un análisis electroforético del fragmento de repeticiones del gen HG de varios individuos. Los mismos presentan diversas cantidades de repeticiones para el triplete CAG (como mínimo 20 repeticiones). El ADN puede ser tratado con las enzimas de restricción Ban I (B) o HindII (H). En el caso de los individuos 1, 2 y 3 se utilizó solo la enzima B. La estructura general del fragmento y los sitios de cortes de las enzimas se muestran abajo a la izquierda. Y a la derecha se muestra el resultado de la electroforesis.

A- ¿Cuál de los individuos (1, 2 y/o 3) esperarías que presente la enfermedad de Huntington? Indicar si son homocigotas o heterocigotas para este alelo. Justificar

B- El ADN del individuo 4 (homocigota) fue tratado solo con la enzima H? Dibujar la/s banda/s que se obtuvieron para un gen con 20 repeticiones. Justificar

C- Una vez digerido el ADN con las enzimas de restricción y sembrados en el gel de agarosa, ¿qué mecanismo y fundamento es utilizado para separar las bandas por longitud?

Los números indican los pares de bases Pb (nucleótidos) de

cada fragmento. En este caso se representa un fragmento

contiene 20 repeticiones CAG (60 pb). Las flechas señalan

los sitios de corte de la enzima BamHI (B) y HindII (H).

A- Indicar si la enfermedad es recesiva o

dominante. Explicar B- Indicar los posibles genotipos de los individuos

C y D. C- Se sabe que el individuo H posee más de 40

repeticiones CAG en ambos alelos, sin embargo no posee la enfermedad. Proponer una hipótesis y explicarla claramente.

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EJERCICIO 39

La adenosina desaminasa (ADA) es una enzima producida por las células del organismo y asociada a la activación de los linfocitos (glóbulos blancos necesarios en la respuesta inmune). La ausencia de esta enzima lleva a una acumulación de productos tóxicos metabólicos dentro de los linfocitos, lo que ocasiona su muerte. Estos tóxicos dificultan la síntesis de ADN, impide la multiplicación de las células (división celular) y es clave para el reciclado de adenina y guanina. Generar un mol de nucleótidos requiere 6 moles de ATP, por ello la reutilización de nucleótidos, permite conservar la energía.

La inmunodeficiencia combinada grave (IDCG) se produce por déficit de ADA. La misma puede estar provocada por diversas mutaciones en el gen que codifica para dicha enzima que está ubicado en el cromosoma 20. Estos defectos pueden ser heredados de los padres o deberse a nuevas mutaciones que aparecen en el niño/a durante el desarrollo embrionario. Se presenta un caso por cada entre 200.000 y 1.000.000 de niños nacidos, por lo cual se considera una enfermedad rara.

a- ¿Cómo afecta la dificultad de reciclar adenina a la división celular? b- El siguiente gráfico muestra la variación de la cantidad de ADN en una célula en distintas

etapas del ciclo celular. ¿De qué tipo de multiplicación celular se trata (mitosis o meiosis)? ¿Por qué? ¿Qué estructuras se separan en la etapa D?

c- Se desea saber qué tipo de mecanismo de herencia presenta la IDCG. Se construye un árbol genealógico de una familia que presenta una forma leve de la enfermedad (representados con negro). En la figura 1 se representa el fragmento del gen utilizado para realizar el análisis electroforético (Southern blot, Figura 2). Las flechas indican los sitios de corte de la enzima de restricción Taq I utilizado en el Southern.

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Indicar el genotipo de los individuos I1, II1 y II5 (subrayados en la figura 2). Utilizar los números 1 y 2 para indicar los alelos. ¿Cuál es el alelo que produce la enfermedad. ¿Qué tipo de mecanismo de herencia podría presentarse en este caso? (dominancia completa o codominancia) ¿Por qué?

d- Se extraen linfocitos (glóbulos blancos) de dos individuos (1 sano y 2 enfermo). Se realizan análisis electroforéticos para detectar la presencia de ARN mensajero del gen ADA y de proteínas ADA en cada caso. En ambos individuos se detecta el ARN mensajero, pero en el individuo 2 se detecta una proteína de menor masa molecular (menor cantidad de aminoácidos) que la encontrada en el individuo 1.

e- Proponer una explicación detallada que relacione la diferencia en la masa molecular de las proteínas, la presencia de la enfermedad en el individuo 2, las mutaciones y la síntesis de proteínas. En el desarrollo de la explicación indicar procesos y elementos involucrados.

EJERCICIO 40

El premio Nobel de Química recompensó a dos estadounidenses y un británico que se inspiraron en los principios de la evolución y de la selección natural para cambiar las propiedades de las enzimas con fines terapéuticos e industriales. Por un lado la estadounidense Frances Arnold es reconocida por "la evolución dirigida de enzimas", mientras que Smith y Winter se les reconoce "la presentación en fagos de péptidos y anticuerpos". Sus estudios colaboraron en la producción de combustibles renovables y de productos farmacéuticos.

a- ¿En qué parte del proceso representado a la izquierda se utilizan enzimas de restricción? Justificar

b- Suponer que por este método se obtienen variantes de la enzima ADA (actúa en los linfocitos humanos). Se desea conocer cuál es la más eficaz. Se colocan cada una de las enzimas en una solución acuosa en diferentes tubos de ensayo a una temperatura

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constante de 37Cº. ¿Cuál es la importancia de mantener los tubos a esa temperatura de forma constante? Explicar claramente a partir de tus conocimientos sobre la actividad enzimática.

c- ¿Qué dificultad se les habrá presentado a los científicos que intentaron expresar un gen eucariota en un organismo procariota? Tener en cuenta la organización/estructura de los genes en cada caso. Explicar

d- Explicar la siguiente oración: “Si se inserta el gen de interés (gen ADA) a continuación de los genes del operón lactosa y luego se introduce en una bacteria, se puede regular la producción de la enzima controlando la composición del medio de cultivo.”

EJERCICIO 41

La fenilcetonuria (PKU) es uno de los trastornos más frecuente del metabolismo de los aminoácidos. Se debe al déficit de una enzima que interviene en el metabolismo del aminoácido fenilalanina (Phe). La enzima que trasformar la fenilalanina en tirosina es la fenilalanina hidroxilasa (PAH) que está presente en el hígado, aunque también se encuentra con menor actividad en el riñón.

A partir de tirosina se produce Dopamina (neurotransmisor), Adrenalina. Melanina, entre otras. Es por esto que la fenilalanina (Phe) es considerada un aminoácido esencial, ya que a partir de este se producen otros y sólo se obtiene de la dieta.

Debido a un defecto en la producción de PAH, aumenta la concentración de Phe en sangre. Este compuesto es neurotóxico, y provoca retraso mental y psicomotor.

La fenilcetonuria es una enfermedad que se puede tratar. El tratamiento comprende una dieta muy baja en fenilalanina, especialmente cuando el niño está creciendo. Recientemente se están estudiando otras alternativas, como la terapia génica. Especialmente la adición génica, que consiste en insertar el gen funcional que exprese la proteína terapéutica en el tejido indicado. Se puede realizar in vivo o ex vivo como se muestra en el siguiente esquema.

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a- Uno de los tratamientos utilizados es que el paciente ingiera alimentos con otros aminoácidos (triptófano, leucina, isoleucina, etc.) que compiten con la Phe en la utilización de los mismos transportadores para atravesar las células del intestino. Teniendo en cuenta que los aminoácidos son moléculas formadas por decenas de átomos y, en este caso, no tienen carga eléctrica, responder: ¿Qué tipo específico de transporte a través de la membrana podrían utilizar para ingresar por las células del intestino? Indicar si es a favor o en contra de gradiente (de mayor a menor concentración o viceversa) y si requiere o no el aporte de energía.

b- BH4, es una molécula relacionada con la actividad de la enzima PAH. Uno de sus efectos es

inhibir la enzima. Se colocaron en distintos tubos de ensayo las mismas concentraciones de PAH y BH4 en un medio ideal para la actividad enzimática. Luego se agregaron distintas concentraciones de sustrato (fenilalanina) en cada tubo y se midió la actividad enzimática (Vmax). Los datos obtenidos están representados en el siguiente gráfico. Se observa que la actividad enzimática en presencia del inhibidor no alcanza los valores de la actividad enzimática sin inhibidor. Considerando estos datos indicar si BH4 es un inhibidor competitivo o no competitivo. Justificar.

c- El ensayo se realizó a pH 7. ¿Por qué es importante mantener ese pH durante todo el experimento? Explicar brevemente teniendo en cuenta la estructura de las proteínas.

d- La fenilcetonuria es un trastorno genético. La PAH está codificada por un gen situado en el cromosoma 12, abarca 90kb del ADN genómico y contiene 13 exones (en la figura 1 se representan 3 exones). El gen se expresa en el hígado y el riñón.

Fig. 1 Los números indican las pares de bases Pb (nucleótidos) desde el +1. Las flechas señalan los sitios de corte de la enzima BamHI.

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Algunos integrantes de la siguiente familia padecen la enfermedad (representados en negro en el árbol genealógico de la figura 2). Y las figuras 3 y 4 representan las autorradiografías de un Southern blot (electroforesis ADN) y Western blot de algunos integrantes de la familia. El Western blot, es un tipo de electroforesis en la que puede detectarse la presencia o no de una proteína (en este caso la proteína PAH) y su tamaño (masa molecular). Las muestras del Southern fueron tratadas con la enzima BamHI. Se analiza una mutación relacionada con la fenilcetonuria que produce un sitio de corte adicional señalado con una * en la figura 1.

Indicar el genotipo de los individuos 3, 5 y 8. Utilizar la letra P (alelo normal) y p (alelo mutado). Calcular la probabilidad de que el individuo 3 y una persona heterocigota tengan descendencia con esta enfermedad.

e- El Kilodalton es una unidad e masa molecular. Observar el resultado del Western y proponer una explicación que relacione la presencia de la banda de 50 Kda, la fenilcetonuria, las mutaciones y la síntesis de proteínas. En el desarrollo de la explicación indicar procesos y elementos involucrados.

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BLOQUE 3

UNIDAD VII: LAS DEFENSAS CONTRA LAS ENFERMEDADES

Capítulo 36 (9na ed.) o 37 (10ma ed.)

EJERCICIO 42

Leer el texto “El descubrimiento de las vacunas” (página 707) y responder a- ¿Cómo explicarías los resultados obtenidos por Jenner al inocular al niño con

viruela humana?

b- Explicar la frase “La casualidad favorece a las mentes preparadas”.

EJERCICIO 43

a- Completar el siguiente cuadro según los 2 tipos de respuesta inmune que existen.

Respuesta Inmune Innata Adaptativa

Células que actúan

Componentes que actúan

¿La respuesta cambia a través del tiempo?

¿Nacemos con ella?

¿Es antígeno específica?

b- Analizar y explicar a nivel celular y molecular el siguiente gráfico. Indicar todos los elementos y procesos que intervienen.

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EJERCICIO 44

a- Leer el texto “Virus gripales exóticos” de la página 706 y responder b- ¿Cómo se puede explicar a nivel inmunológico la ocurrencia de pandemias de gripe

aviar? c- ¿Qué significa H1N1? d- Utilizando los conocimientos sobre inmunidad e infección de los virus proponer una

hipótesis que explique la formación del virus H1N1 basándose en el siguiente esquema.

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SECCIÓN II

Guía de Laboratorio

El diseño experimental y las enzimas

INTRODUCCIÓN

Adaptación del capítulo 4 Gajes del oficio de la Segunda Parte “El aspecto metodológico de la ciencia” del libro La Ciencia en el aula Furman, M; Gellon, G.; Golombek, D. y Rosenvasser Feher, E. Uno de los aspectos de la ciencia más visiblemente reconocidos es el de su metodología. Lo que tradicionalmente se denomina “método científico” supone una serie ordenada de pasos para ir encontrando respuestas consistentes a preguntas bien planteadas relacionadas con lo que sucede en nuestro entorno. En este esquema, una pregunta estará bien planteada si admite ser contestada a través de experimentos u observaciones. Y la respuesta será consistente si otros científicos pueden obtener esa misma respuesta siguiendo los mismos pasos, es decir, si los resultados son reproducibles. Cuando se describe esta serie de pasos, comúnmente se dice que el trabajo científico comienza con una observación que genera una pregunta, pasa por hipótesis y predicciones, sigue con más observaciones e inferencias, con el diseño y la ejecución de experimentos, la recopilación de datos, el análisis de esos datos obtenidos y culmina con la interpretación y presentación de los resultados. Cada uno de estos pasos, a su vez, supone otros. Por ejemplo, diseñar un experimento implica separar variables, hacer uso de controles y medir dichas variables. Analizar datos conlleva entender cómo se estiman los errores en la medición. Y presentar los resultados implica construir tablas y gráficos, y usar lenguaje matemático. Esta visión de la investigación como una actividad secuencial y ordenada tiene sus orígenes, en parte, en la forma en que los científicos presentan sus resultados ante sus pares. Los artículos científicos están escritos según un formato convencional que relata las investigaciones en forma secuencial con el objetivo de comunicar fácilmente a otros investigadores cómo se realizó el trabajo y cuáles fueron los resultados. En sus publicaciones los científicos exponen los antecedentes del tema, los materiales y métodos que utilizaron, los resultados experimentales y, por último, la interpretación y la discusión de esos resultados. Sin embargo, la actividad científica real dista mucho de esta secuencia lógica y lineal de las revistas científicas, y se parece muy poco a esa serie de pasos fijos que se suele enseñar en la escuela como “el método científico”. Si bien usualmente se supone que el proceso de investigación científica comienza con una pregunta planteada de forma deliberada y cuidadosa, esto no necesariamente sucede siempre así. A veces una investigación comienza con experimentos exploratorios que un investigador realiza simplemente “para ver qué pasa”, otras veces con observaciones que le llaman la atención, otras como una búsqueda para conciliar ideas divergentes y otras a fin de validar una determinada visión de la realidad. Muchas investigaciones brillantes (como el

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desarrollo de la penicilina a partir de un hongo que contaminó un cultivo bacteriano) comenzaron a partir de errores que dieron lugar a observaciones inesperadas, o con experimentos que buscaban responder a preguntas diferentes de las que se contestaron finalmente. Así, en la Francia de la Revolución, Lavoisier, padre de la química, describía con brío su deliberado plan de investigación basado, convencionalmente, en preguntas (citado en Halperin Donghi, 1967, págs. 31-32):

¿Existen diferentes tipos de aire? ¿Es suficiente que un cuerpo esté en estado permanente de elasticidad para ser considerado un tipo de aire? ¿Son los distintos tipos de aire que la naturaleza nos ofrece [...] sustancias excepcionales o modificaciones del aire de la atmósfera? Éstas son las principales cuestiones que comprende el plan que me he trazado y cuyo desarrollo me propongo someter a la atención de la Academia.

A su vez, se cuenta que Michael Faraday, uno de los grandes experimentalistas de todos los tiempos, estaba tan seguro de la veracidad de su idea intuitiva de que un imán debe crear electricidad (por una razón de simetría, ya que una corriente eléctrica crea magnetismo), que llevaba siempre los materiales necesarios en el bolsillo –un imán y un cable de cobre– y experimentaba sin cesar en toda oportunidad posible hasta que, por fin, encontró el efecto que buscaba y formuló la ley de inducción. Además de comenzar de las más variadas maneras, la investigación procede por múltiples e inesperados caminos. Esto es esperable en una tarea que trata precisamente del descubrimiento de cosas que son desconocidas. Estos caminos variables dependen de la creatividad e idiosincrasia de los investigadores y están plagados de los peligros inherentes a cualquier actividad humana: envidias, prejuicios, inercia para pensar en términos novedosos, enamoramiento de viejas ideas, etc. (…) También las formas de investigar son tan variadas como las personalidades de los científicos que las implementan. Sin embargo, dentro de esta diversidad de temperamentos y de formas de proceder existen tácticas y estrategias que todos los investigadores usan como parte de “su método” y que constituyen las herramientas fundamentales para hacer ciencia. A continuación analizaremos algunas de las herramientas utilizadas con mayor frecuencia en la investigación científica (los famosos “pasos” del método científico). Si bien en esta explicación seguimos el orden tradicional usado en la publicación de trabajos científicos, es importante tener en cuenta que, como ya hemos explicado, durante el proceso de investigación el orden de los pasos puede (y suele) ser muy distinto. Las preguntas Como decíamos, detrás de toda buena investigación hay una pregunta de fondo que el investigador quiere responder. Los buenos científicos buscan afanosamente buenas preguntas, aquellas que son interesantes y contestables. Muchas veces sucede que preguntas muy interesantes están formuladas de tal manera que no conducen a experimentos claros. En ese caso, es necesario reformularlas de modo que podamos abordarlas, sea por experimentación o a través de observaciones. Con frecuencia nos preguntamos por qué sucede algo. Sin embargo, el “porqué” suele ser difícil de resolver: las preguntas que se refieren a mecanismos en vez de a causas (el “cómo” en vez del “porqué”)

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son muchas veces más sencillas de contestar. Muchas veces esto implica cambiar un “porqué” por un “cómo”. En vez de tratar de develar por qué los circuitos en serie y en paralelo se comportan de manera diferente, podremos tratar de descubrir cómo fluye la corriente en las diferentes partes de cada circuito. Puede suceder, también, que una pregunta esté mal o imprecisamente formulada, y por ello no pueda ser respondida científicamente. Por ejemplo, cuando preguntamos por qué el tigre tiene rayas, podemos estar queriendo saber qué mecanismos celulares producen las rayas o podemos estar queriendo saber qué beneficio evolutivo conlleva tener rayas. Éstas son dos preguntas diferentes y es fundamental poder diferenciarlas a la hora de buscar formas de responderlas. Muchas veces los textos y las clases de ciencia transmiten el conocimiento como si éste apareciera por generación espontánea, sin un acto de creación. Es como si, de la nada, sin motivos ni intereses, la verdad se revelara ante los ojos del investigador que la busca. El simple acto de recordar que detrás de los conocimientos generalmente hay preguntas es un primer paso para reconocer que detrás de ellos hay un proceso de búsqueda, de hipótesis fallidas y exitosas, de experimentos vanos y fructíferos, de resultados negativos y positivos. El hacerse preguntas no es necesariamente una actividad espontánea sino una habilidad que debe desarrollarse y ser usada en forma deliberada. La “caza de preguntas” es el primer paso para aprender a pensar científicamente. Las hipótesis Apenas surge una pregunta, un científico imagina una o más respuestas o hipótesis posibles, que deberá luego someter a prueba. Las hipótesis pueden referirse a ideas acotadas e inmediatas (“Creo que el ratón murió de hambre”) o de mayor aplicabilidad y grado de abstracción (“Creo que la materia está constituida por partículas cargadas”). Una hipótesis no es una adivinanza descabellada, sino una suposición basada en la experiencia previa y los datos disponibles. Las mejores hipótesis no son las más ingeniosas ni las que excitan fuertemente nuestro sentido común, sino aquellas que se pueden poner a prueba empíricamente. Una hipótesis, por lo tanto, debe permitir realizar predicciones que puedan comprobarse mediante observaciones o experimentos. He aquí un ejemplo. En clase alguien pregunta: “¿Qué pasaría si pongo esta planta en ese armario?”, y plantea una posible respuesta: “Las plantas necesitan la luz del sol para fotosintetizar. Basado en esta hipótesis, predigo que la planta se va a morir porque ese armario no tiene ni sol ni luz”. Tras una semana se abre el armario nos encontramos con una planta etiolada: amarillenta pero más crecida que la planta control que habían dejado a la luz. Sorpresa: hay que proceder a refinar la hipótesis. En conclusión, podemos formular hipótesis basándose en preguntas del tipo “¿Qué pasaría si…?” (es decir, qué pasaría si cambio esto o aquello en el fenómeno observado). Si hay una hipótesis propuesta como en el ejemplo anterior (que dice que las plantas necesitan sol para fotosintetizar), la pregunta puede contestarse mediante una predicción basada en ella.

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Las observaciones Para corroborar o refutar una hipótesis generalmente es necesario realizar observaciones o experimentos. Parte del problema es pensar que observar es simplemente mirar, echar un vistazo, una ojeada. En este caso, es necesario discutir qué se va a observar y cómo ese registro está relacionado con nuestra hipótesis. Es importante conocer la diferencia entre observación e inferencia o interpretación. Es común, por ejemplo, que al observar un vaso de soda alguien describa que “se está escapando el aire”. En rigor, lo que observamos son burbujas que suben dentro del líquido. Decir que es aire conlleva una doble inferencia: asume que las burbujas son un gas y que ese gas es aire. Habría que atrapar las burbujas en un globo o bajo una columna de agua para tener un gas que se pueda someter a pruebas que lo identifiquen por sus características. Distinguir entre observaciones e inferencias es una práctica fundamental al explorar un fenómeno o interpretar los resultados de un experimento. La inferencia no es pura observación sino que implica una hipótesis tácita. De hecho, en una inferencia se realiza un salto lógico desde una observación a una idea no observada. Ciertos conocimientos previos sirven de puente y validan este salto. El arte de observar también puede llevar al planteo de buenas preguntas. Muchos investigadores fueron exitosos gracias a mantener los ojos abiertos constantemente a la búsqueda de cosas interesantes. Los buenos observadores son cazadores de patrones y regularidades: encuentran cosas que se repiten, que se ordenan de manera predecible, que ostentan simetrías, y se preguntan cómo explicar esas regularidades. Por ejemplo, prestan atención a los movimientos periódicos de un péndulo o de los astros en el cielo, o se preguntan: “¿Por qué esos árboles crecen cerca del río?”. También buscan situaciones que rompan con ese orden o simetría: “¿Por qué esos árboles crecen sólo en la margen derecha del río?”, o “¿Por qué a altas presiones los gases no se comportan como lo hacen a bajas presiones?”. Los patrones en la naturaleza y aquellos sucesos que salen de lo habitual han despertado la curiosidad de las personas desde siempre y han incitado a la búsqueda de explicaciones. Para algunos investigadores, esa búsqueda de patrones o regularidades –y, en consecuencia, también la falta de los mismos– constituye ni más ni menos que el objeto último de la ciencia (Bateson, 1990). Estas observaciones pueden surgir de la contemplación de la naturaleza y sus fenómenos o pueden ser el registro deliberado de los resultados de un experimento. Los experimentos Los experimentos, al igual que las observaciones, también pueden generar preguntas. Normalmente, un experimento busca resolver una cuestión, dar una respuesta a una pregunta, poner a prueba una idea. En cualquier caso se habrá de formular una hipótesis y tenemos que saber claramente cuál es el objetivo del experimento y cómo se logrará. El experimento deberá tener un resultado si la hipótesis se confirma y otro resultado distinto en caso contrario. Si el resultado esperado es el mismo, sea la hipótesis cierta o falsa, entonces el experimento es inútil –o bien la hipótesis ha sido mal formulada–. Además, es importante constatar si un determinado resultado confirma nuestra hipótesis o si ese mismo resultado podría ser compatible con otras hipótesis alternativas. ¿Nos sirve este resultado para descartar una idea, la comprueba o sólo le presta un sustento parcial? Un buen

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ejercicio es e predecir resultados posibles en un experimento y reflexionar sobre qué significado tendría cada uno de esos resultados para que el experimento tenga sentido. También debemos tener en cuenta cuáles son las posibles fuentes de variación y de error. ¿Será posible que el resultado que obtengamos se deba a factores externos al experimento? Existen varias técnicas para asegurarnos de que los resultados se deben realmente a lo que creemos que se deben. Estas técnicas incluyen el control de variables y los controles experimentales. Por último, hacer experimentos implica realizar mediciones. Es importante establecer que toda medición acarrea consigo errores. Por más precisa y cuidadosa que sea, no existe la medición exacta. Así, cuando decimos que una mesa mide 3,40 m ± 0,01 m, lo que estamos diciendo es que, si la medimos otra vez, hay una probabilidad del 50% de que la nueva medida esté entre 3,39 m y 3,41 m. Los errores de este tipo, llamados errores probables o estadísticos, no significan equivocaciones sino que establecen los límites dentro de los cuales se conoce la cantidad medida. El buen experimentador es aquel que sabe estimar sus errores probables. Los resultados Después de realizar un experimento viene el análisis de sus resultados. Ésta es una actividad exclusivamente mental. De hecho, no es necesario que uno mismo realice el experimento para poder analizar sus resultados. Una de las capacidades (y a veces uno de los deleites) de los científicos es poder criticar los resultados de otros, o incluso interpretar su significado. Francis Crick (uno de los descubridores de la estructura molecular del ADN) y Robert Oppenheimer (director del equipo de científicos que desarrollaron la bomba atómica en Estados Unidos) eran conocidos por su capacidad de interpretación de resultados ajenos. Esto quiere decir que no es necesario hacer experimentos todo el tiempo para desarrollar las habilidades críticas de un científico. Siempre que podamos, será enriquecedor presentar los datos que surgen de un experimento que otros han realizado y tratar de entender qué nos están diciendo estos resultados. ¿Podemos rechazar la hipótesis? ¿Son los datos significativos desde el punto de vista estadístico? Los científicos expresan muchos de sus resultados en el lenguaje de la matemática. Este lenguaje es fundamental y caracteriza en gran medida la forma en que la ciencia conceptualiza y genera sus ideas. Muchas de las ideas principales que la ciencia ha producido fueron posibles sólo por el estudio cuantitativo de los fenómenos involucrados Sin embargo, a pesar del carácter cuantitativo de muchas investigaciones, todo científico recurre a la solución cualitativa de problemas antes de embarcarse en largos cálculos. Es decir, trabaja con órdenes de magnitud para tener una idea aproximada de los resultados, usa esquemas gráficos, tantea soluciones y resultados posibles, plantea tendencias, pregunta qué sucedería en casos límite, busca comparaciones con problemas semejantes.

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DESARROLLO DEL TRABAJO

A continuación se presenta una receta para preparar gelatina con frutas:

1) Lo primero que nos llama la atención y podríamos preguntarnos es ¿Por qué la gelatina

no cuaja si le agrego kiwi crudo? Es una pregunta válida, pero como vimos en la

introducción difícil de responder con un solo experimento y de forma sencilla. Por lo

tanto vamos a necesitar buscar información sobre la gelatina y frutas como el kiwi para

poder generar preguntas e hipótesis válidas que podamos responder con

experimentos en el laboratorio.

Buscando respuestas

¿Cómo se fabrica la gelatina? ¿Cuál es su composición molecular? ¿Por qué primero

debo mezclarla con agua caliente? ¿Cómo logra tener esa consistencia “gelatinosa”?

¿Qué tienen en común las frutas mencionadas que impiden la formación de la gelatina?

¿Por qué no sucede lo mismo si los hervimos previamente?

Luego de responder estas preguntas elaborar una explicación para la siguiente observación:

La gelatina no cuaja si se agregan trozos de kiwi o ananá crudos. Si lo hervimos previamente la

gelatina se forma normalmente.

2) Teniendo en cuenta la información sobre peguntas e hipótesis desarrollada en la

introducción y la información del punto 1 plantear preguntas que puedan responderse

experimentalmente. Discutirlas en el grupo y seleccionar la más adecuada.

Luego pensar y redactar la hipótesis asociada a la misma.

INGREDIENTES

1 paquete de gelatina

Fruta fresca troceada.

1 litro de agua

ELABORACIÓN

Mezclar la gelatina en ½ litro de agua muy caliente. Luego añadir la misma cantidad de agua

fría. Mezclamos todo muy bien y dejamos templar

Por otro lado pelamos y troceamos la fruta y la disponemos en el molde que vamos a

utilizar. Puedes usar melocotones, peras, cerezas, frambuesas, fresas. Si quieres agregar

kiwis, piñas, papaya o melón debes darles un ligero hervor (agua a más de 70 grados) antes

de utilizarlos. De lo contrario la gelatina no cuaja.

Añadimos por encima la gelatina templada. Dejamos reposar en la heladera un mínimo de 3

a 4 horas.

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3) Llegó el momento de diseñar el experimento que dará respuesta a la hipótesis

planteada. Es recomendable volver a leer la información de la introducción (Los

experimentos) antes de comenzar con el diseño.

Algunas cuestiones importantes a tener en cuenta:

¿Con qué materiales contamos para trabajar?

¿Qué cantidades de sustancias y elementos vamos a necesitar?

¿Cuántos tratamiento y replicas vamos a realizar?

¿Cómo vamos a realizar el/los controles del experimento?

¿Qué variables intervienen? ¿Cuáles haremos constantes?

¿Qué y cómo vamos a medir?

¿Los resultados permiten confirmar o rechazar la hipótesis? ¿Pueden responder

a hipótesis alternativas? ¿Pueden ser explicados de otra manera?

Detallar claramente cómo se va a realizar el experimento, qué materiales (cantidad)

van a necesitar, cuánto tiempo va a llevar (tener en cuenta que disponemos de 2 horas

de clase), quién estará a cargo de cada etapa o acción (preparar materiales, registrar

los resultados, controlar los factores que deben mantenerse constantes, etc.)

4) Por último, una vez realizado el experimento, debemos organizar la información para poder comunicar al resto del curso nuestros resultados.

Diseñar un Power Point con la siguiente información:

HIPÓTESIS

DISEÑO EXPERIMENTAL

RESULTADOS (pueden presentarse en forma de gráficos y/o tablas).

DISCUSIÓN