ÁREA: DE CIENCIAS. NIVEL: IV MEDIO PLAN DIFERENCIADO 2011

1. CURSO: INTEGRACIÓN CÉLULA Y ORGANISMO NÚCLEO TEMÁTICO 1: DIFERNCIACIÓN CELULAR ÁREA: DE CIENCIAS. NIVEL: IV MEDIO PLAN DIFERENCIADO 2011

2. Aprendizaje esperados:Se espera que en estas clases Uds sean capaces de: • Establecer la relación entre: genes – desarrollo embrionario - diferenciación celular- mutaciones- genes homeóticos. • Explicar las relaciones entre estructura y función de diversos fenotipos celulares • Realizar un análisis de modelos de diferenciación celular: miogénesis • Análizar experimentos de modelos de diferenciación y organogénesis que ilustren la importancia de la comunicación intercelular (fenómeno de la inducción). • Explicar la diferenciación de células troncales y su importancia en la mantención de distintos tejidos. • Realizar una investigación bibliográfica sobre las células madres embrionarias humanas y su potencial uso en medicina.

3. ¿QUÉ LES LLAMA LA ATENCIÓN? ¿QUÉ HIPÓTESIS PROPONEN PARA EXPLICAR ESTOS FENÓMENOS? OBSERVEN ESTAS IMÁGENES

4. HIPÓTESIS • El desarrollo embrionario, está determinado por la expresión de genes específicos. • Existen diferentes tipos de genes, en el caso presentado, se trata de genes que controlan la localización de estructuras a lo largo del eje cabeza-cola durante el desarrollo embrionario de la mosca • Las mutaciones de estos genes produce el fenómeno mostrado, esto es, la antenopedia y bitorax respectivamente

5. ¿QUÉ NOS DICE LA CIENCIA AL RESPECTO?

6. ¿QUÉ ES EL DESARROLLO EMBRIONARIO? • Es producto de la ejecución de un programa génico. • Es un proceso por el cual el huevo fecundado se transforma en un organismo adulto. • El organismo adulto se define como un arreglo ordenado de tipos celulares específicos (fenotipos celulares). • Los distintos fenotipos celulares son consecuencia de la expresión diferencial de genes específicos. • La expresión diferencial de los genes se logra a través de proteínas llamadas reguladores maestros.

7. RESPECTO A LO OBSERVADO EN LA MOSCA: • Se trata de mutaciones homeóticas • El término homeosis fue propuesto por Bateson (1894) para describir la transformación de patas en lugar de antenas (mutación antenapedia) • En 1946 Edward Lewis trabajó con la mutación bithorax (formación de alas en lugar de halterios). • Demostró que el complejo bithorax actúa durante el desarrollo de la mosca determinando el patrón característicos de algunas de las estructuras presentes en el adulto: desarrollo de los segmentos, posición de las alas, etc. • Concluyó que un grupo de genes denominados Homeóticos • (HOX) codifican para la síntesis de un grupo de proteínas llamadas factores de transcripción responsables de regular la morfogénesis y de conferir la identidad axial (posición de los órganos) para el desarrollo del embrión.

8. ¿QUÉ SON Y QUÉ CARACTERIZA A LOS GENES HOMEÓTICOS? • Son una familia de genes que intervienen en el programa de desarrollo que determina la localización de órganos a lo largo del eje antero-posterior. • La determinación del eje antero posterior (cabeza-cola) del embrión, constituye la piedra angular del desarrollo, porque proporciona una línea central a lo largo de la cual se desarrollará el resto de las estructuras. • Se expresan en la regiones corporales que albergarán a los órganos en formación. Ejemplo, en la Drosophila normal, los genes homeóticos que determinan la posición de las patas se expresan solo en el tórax. • En el mutante antenapedia, la mutación causa la expresión de patas en la cabeza.

9. ¿QUÉ RELACIÓN EXISTE ENTRE LA ORGANOGÉNESIS Y LOS GENES HOMEÓTICOS? • Es dirigida por dos tipos de genes: • Estructurales: definen las características estructurales de los órganos (extremidades, cabeza, ojo, etc) • Homeóticos: determinan la localización corporal de los órganos. • La determinación de la localización de las principales regiones corporales (cabeza, tronco, extremidades) es otro proceso importante, el que ocurre incluso antes que las células se diferencien.

10. EN SINTESIS GENES HOMEÓTICOS Determinan la forma del cuerpo Son de posición de órganos en el eje antero posterior durante La organogénesis Expresan su actividad en regiones diferentes del embrión porque codifican para síntesis de un grupo de proteínas denominadas factores de transcripción responsables de regular la expresión de los genes estructurales responsables de la morfogénesis y de conferir la identidad axial para el desarrollo del embrión.

11. ¿Cómo se explica que la mutación de uno o más de estos genes produzcan transformaciones fenotípica tan profundas, como la aparición de un órgano completo en un sitio que no corresponde?

12. LA RESPUESTA A LA PREGUNTA ANTERIOR ES LA SIGUIENTE: • Los genes homeóticos actúan como genes “rectores” o “maestros”, ya que dirigen la actividad de varios genes subordinados. • Ejemplo, en la Drosóphla existe un gen homeótico que dirige la formación del ojo, para lo cual debe regular la expresión de alrededor de los 2500 genes que codifican las proteínas que dan la estructura y función al ojo. • Así una sola mutación homeótica puede provocar una drástica modificación fenotípica, como las descritas. • Es decir, un gen homeótico funciona como un gen maestro capaz de controlar toda la cascada de eventos necesarios para el desarrollo de una estructura tan compleja como el ojo.

13. ESTRUCTURA DE LOS GENES HOMEÓTICOS • En la década del 80, demostraron que estos genes se encontraban agrupados en paquetes en un cromosoma de Drosophila. • Todos estos genes, tienen una región común constituida por 180 de pares bases, incluso entre especies distantes, denominada caja homeótica u homeobox. • La caja homeótica guarda homeológía con cajas homeóticas de organismos superiores como vertebrados, mamíferos y de humanos. Ejemplo: en vertebrados los 39 genes Hox están organizados en cuatro grupos cajas homeóticas: HoxA, HoxB, HoxC y HoxD.

14. ¿QUÉ HACEN LAS CAJAS HOMEÓTICAS? • Expresa una proteína, denominada homeodominio. • Los homeodominios se unen al ADN en regiones cercanas de los genes subordinados. • De esta forma, las proteínas homeóticas, pueden activar o reprimir la expresión de muchos genes del desarrollo.

15. ¿LOS GENES HOMEÓTICOS SÓLO EXISTEN EN DROSOPHILA?

16. Cuando se compara la caja homeótica entre especies de insecto y de vertebrados, se encuentran grandes homologías en las secuencias nuclotídicas. Esto hace pensar que durante la evolución, los insectos y los vertebrados heredaron estos genes homeóticos desde un ancestro común. Es una prueba más de la evolución RESPUESTA

17. ¿Qué importancia tiene la homología de los genes homeóticos? • Explicaría el patrón de organización de los embriones es igual en muchas especies. • los órganos y los aparatos principales aparecen distribuidos en tres ejes de polaridad: el eje antero-posterior, el eje dorso-ventral y el eje derecha izquierda. • El hecho que estos genes compartan una secuencia llamada caja homeótica (homeobox) sugiere que el mecanismo que determina la formación de la cabeza, el tronco y la cola pueden haber surgido una sola vez en la evolución.

18. ¿Donde se localizan estos genes en los cromosomas? • Los genes homeóticos se organizan en grupos en el cromosoma. • Se distribuyen en el cromosoma siguiendo la misma orientación espacial de las regiones corporales en las cuales se expresan. • Este patrón de distribución es igual tanto en insecto como en vertebrados.

19. Relación homeobox segmento corporal En el diagrama se han marcado los genes con caja homeótica de drosófila y ratón y las regiones del plano corporal que estos genes controlan.

20. Relación homeobox segmento corporal • En esta imagen, vemos en la molécula lineal del DNA, los genes con cajas homeóticas están dispuestos en un orden preciso de izquierda a derecha. • Los situados a la izquierda, expresan en las regiones posteriores del cuerpo mientras, que los genes situados más hacia la derecha se expresan más cerca de la cabeza.

21. EN SÍNTESIS El desarrollo embrionario, es producto de la ejecución de un programa génico. En este proceso participan en primera instancia los genes homeóticos quq actúan como genes rectores de otros genes subordinados para indicar la posición y la organización de los órganos en el eje antero posterior del embrión primitivo. Los genes homeóticos de diferentes especies de tienen una estructura común (caja homeótica) las mutaciones homeóticas demuestran que hay genes que pueden controlar las distintas regiones del genoma que determinan las estructuras de un organismo, por lo que éstos producen transformaciones anatómicas. La mutación de cualquiera de éstos genes causa cambios profundos en la posición de los órganos durante la organogénesis

22. FIN 2011

23. TRABAJO DE INDAGACIÓN BIBLIOGRAFÍCA: ORGANOGÉNESIS Y EXPRESIÓN GÉNICACAPACIDADES A DESARROLLAR:COMPRENSIÓN Y EXPRESIÓN: Destrezas a lograr Analizar Comparar Elaborar fundamentos. Seleccionar información de diversas fuentes Interpretar información Comunicación en forma gráfica Comunicación en forma oral y escrita.

24. DEFINICIÓN DE LAS DESTREZA A TRABAJAR. Analizar: destreza de profundización cognitiva del conocimiento que permite separar un todo en sus partes constitutivas para identificarlas y relacionarlas entre sí, a fin de una mayor comprensión del objeto de estudio. Pasos mentales: Identificar el elemento por analizar. Establecer una perspectiva de análisis: punto de vista que se hará el análisis. Identificación de las partes que conforman el todo. Descripción de cada una de las partes Relacionar las partes. Sintetizar lo aprendido. Elaborar fundamentos: destreza de profundización del conocimiento que consiste en construir un sistema de pruebas para apoyar una idea. Pasos mentales: Discriminar si es necesario argumentar. Establecer una aseveración u opinión. Identificar evidencias que apoyan dicha aseveración u opinión Establecer las restricciones o limitaciones de la aseveración o evidencia. Comparar: es determinar las semejanzas y/o diferencias entre dos o más elementos. Pasos mentales: Identificar los elementos que vamos a comparar. Determinar el criterio de comparación. Establecer diferencias y semejanzas. Seleccionar información de diversas fuentes: destreza relacionada con la capacidad de la comprensión de un texto. Consiste en informarse de diferentes fuentes Pasos mentales: Definir el texto que se va analizar. Buscar en la en la red informática, libros, información relacionada con el tema o texto en cuestión. Hacer una lectura pausada de la información seleccionada. Identificar las ideas principales y secundarias de los párrafos de los textos seleccionados. Hacer una síntesis de las ideas principales y secundarias de la información seleccionada.

25. PENSAR: que hacer para resolver el problema METODOLOGIAS: hacer PREGUNTA MODELO, TEORÍAS ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN RESPUESTA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN LENGUAJE APLICACIÓN: de lo aprendido PROCEDIMIENTOS HECHOS DIAGRAMA HEURÍSTICO DE TOULMIN

26. PENSAR: que hacer para resolver el problema METODOLOGIAS: hacer MODELO, TEORÍAS ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN RESPUESTA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN LENGUAJE APLICACIÓN: de lo aprendido PROCEDIMIENTOS HECHOS DIAGRAMA HEURÍSTICO DE TOULMIN

27. Pregunta:¿en qué medida la concentración de un ácido afecta a los metales utilizados en la construcción y los monumentos de Santiago? Pensar: conceptos Hacer: metodología Análisis resultados: Al aumentar la concentración del ácido, el Cu, se corroe más rápido. La lámina de Cu, en el vaso con agua no sufrió cambios. Se formo un nuevo producto químico de la reacción del ácido con el Cu Modelo: cinético molecular Lenguaje: Cambios Químicos, sales, anhídridos, lluvia ácida, combustión, petróleo, ácido, solución, soluto, solvente, concentración, etc. Respuesta: Los ácidos en contacto con los metales, reaccionan formándose sales En este caso, la sal corresponde al sulfato de Cu, de color azul. El anhídrido sulfuroso, nitroso emitidos de la combustión del petróleo, reacciona con el agua atmosférica formándose acido sulfúrico, nítrico respectivamente. Estos ácidos junto con otros forman la lluvia ácida, responsable del detrioro de los edificioas y monumentos, entre otras cosas. Aplicaciones: La atmósfera presenta una serie de contaminantes derivados especialmente de la utilización del petróleo como fuente de energía, dichos componentes al reaccionar con el agua atmosférica formando otros compuesto como los ácidos que forman la lluvia ácida responsable de una serie alteraciones a nivel de los ecosistemas, ciudades y de la salud, como alergias, bronquitis, irritación de los ojos, especialmente en los meses de invierno en Santiago como lo establece el documento analizado etc. Procesamiento de datos: Tabla de datos: degradación de láminas de Cu de 2gr durante 5min, en sol. De dif. Concentraciones. Graficación de los datos obtenidos. Procedimiento: Materiales: ácido sulf. Cu, vasos de pp, etc. Colocar láminas de Cu de igual masa y superficie en soluciones de diferentes concentraciones de ácido sulfúrico por dos minutos. Registrar los datos en tablas de valores Hechos: Monumentos deteriorados, Techumbres de los edificios oxidadas, Árboles secos Irritación ojos, vías respiratorias..

28. OBSERVEN ESTA IMAGEN QUE MUESTRA UN MUTANTE EN DROSOPHILA melanogaster. Trabajo de indagación bibliográfica grupal: Formular una pregunta a manera de problema que explique la causa de la mutación antenapedia de la imagen. Llevar a cabo la investigación bibliográfica aplicando el diagrama heurístico de Toulmin según la pauta. Bibliografía: Desarrollo embrionario (organogénesis), genes homeóticos (red, bachillerato 2, biología santillana I, biología de Curtis, otras fuentes. Tiempo: 2hrs. Exposición de los diagramas: próxima clase