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2.2: Notas de preparación para el maestro de membranas - Biología

2.2: Notas de preparación para el maestro de membranas - Biología


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Visión general

Los estudiantes investigan los efectos del tamaño de la molécula sobre la difusión a través de una membrana sintética selectivamente permeable. Las preguntas adicionales introducen a los estudiantes a las funciones de las proteínas en el transporte de sustancias polares a través de la membrana celular y guían a los estudiantes en el análisis de las ventajas relativas de dos tipos diferentes de modelos de la membrana celular.

Si desea proporcionar a sus estudiantes una introducción más extensa a la ósmosis, le recomendamos que preceda esta actividad con nuestra otra actividad, "Introducción a la ósmosis" (disponible en http://serendip.brynmawr.edu/sci_edu/waldron/ #ósmosis).

Estas notas de preparación para el maestro incluyen:

  • Objetivos de aprendizaje (páginas 1-2)
  • Equipo y suministros (página 2)
  • Preparación antes de la clase (páginas 2-3)
  • Sugerencias de instrucción e información de antecedentes (páginas 3-5)
  • Posible actividad de seguimiento y discusión (página 5)

Metas de aprendizaje

De acuerdo con los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación,

  • Los estudiantes aprenden la idea central disciplinaria (LS1.A) "... la membrana celular forma el límite que controla lo que entra y sale de la célula". 
  • Los estudiantes participan en prácticas científicas recomendadas, que incluyen "usar modelos", "... realizar investigaciones", "interpretar datos" y "construir explicaciones".
  • La discusión de esta actividad puede incorporar varios Conceptos Transversales: "Causa y efecto: Mecanismo y explicación", "Sistemas y modelos de sistemas" y "Estructura y función".
  • Esta actividad ayuda a los estudiantes a prepararse para la Expectativa de rendimiento, MS-LS1-2, "Desarrollar y usar un modelo para describir la función de una célula como un todo y las formas en que las partes de las células contribuyen a la función".

Objetivos de aprendizaje específicos

  • Una membrana selectivamente permeable permite que pasen algunos tipos de moléculas e iones, pero no otros.
  • El almidón no atraviesa la membrana sintética selectivamente permeable porque las moléculas de almidón son demasiado grandes para pasar a través de los poros del tubo de diálisis. Por el contrario, las moléculas de glucosa, yodo y agua son lo suficientemente pequeñas como para atravesar la membrana.
  • La difusión resulta del movimiento aleatorio de moléculas. La difusión mueve sustancias de regiones de mayor concentración a regiones de menor concentración.
  • El movimiento del agua a través de una membrana selectivamente permeable se denomina ósmosis; La ósmosis da como resultado un movimiento neto de agua desde una solución con una concentración más baja de solutos a una solución con una concentración más alta de solutos.
  • En los organismos biológicos, cada célula está rodeada por una membrana celular selectivamente permeable que regula lo que entra y sale de la célula. La membrana celular contiene proteínas que facilitan el transporte de iones y moléculas biológicamente importantes específicas a través de la membrana celular. Algunas proteínas de membrana proporcionan la base para la difusión facilitada de iones o moléculas específicas y algunas proteínas de membrana son moléculas de bombeo que utilizan energía del ATP para mover iones o moléculas específicos de una región de menor concentración a una región de mayor concentración.

Equipo y suministros

(por grupo de 2-4 estudiantes)

  • Vaso de precipitados de 250 ml u otros recipientes con alguna forma de medir 200 ml de agua (1 por grupo de estudiantes)
  • Solución de almidón al 1%, maíz o patata (4 ml por grupo)
  • Solución de glucosa al 15% (4 ml por grupo)
  • Solución de yoduro de yodo y potasio (IKI) (0,8 ml por grupo)
  • Pipetas de transferencia de 2-3 ml (preferiblemente 3 por grupo, pero puede usar menos si sus estudiantes son confiables acerca de las soluciones que no contaminan de manera cruzada; además, si su yodo está en frascos con cuentagotas, es posible que desee proporcionar a sus estudiantes una estimación de la cantidad de gotas en 0,8 ml; debe tener en cuenta que las gotas varían en tamaño, por lo que es posible que no sea exacto usar la estimación estándar de 20 gotas por mililitro)
  • Tubo de diálisis de 1 ”(15 cm por grupo)
  • Cuerda (2 piezas de 12 cm por grupo)
  • Tiras reactivas de glucosa (1 por grupo; si puede pagarlas, es preferible 2 por grupo, para que los estudiantes puedan realizar la prueba de glucosa en el vaso de precipitados en el estado inicial; si hace esto, querrá quitar "No" del segundo columna de glucosa en la pregunta 5 del Material para estudiantes)
  • Agua destilada
  • Toallas de papel (varias por grupo)
  • Escala (con una precisión de 0,1 g) o una regla para medir el movimiento del agua (consulte las sugerencias de instrucciones a continuación).

Preparación antes de la clase

  • Para preparar una solución de almidón al 1%, mezcle 10 g de almidón de maíz o de papa en 50 mL de agua destilada a temperatura ambiente. Lleve a ebullición 1000 ml de agua destilada. Agregue la suspensión de almidón al agua hirviendo y revuelva durante al menos 2 minutos mientras la mezcla continúa hirviendo. El almidón es insoluble en agua fría y debe hervirse para permanecer en solución. Deje que se enfríe la solución de almidón durante varias horas.
  • Prepare una solución de glucosa al 15% disolviendo 15 g de glucosa por cada 85 ml de agua.
  • Corte el tubo de diálisis en longitudes de 15 cm y sumérjalo en agua destilada durante al menos 15 minutos antes de la actividad (el tubo de diálisis seco aumenta de peso cuando se sumerge por primera vez en agua). Sugerimos que también corte previamente los trozos de cuerda de 12 cm y los sumerja. En lugar de usar una cuerda, puede proporcionar a los estudiantes trozos más largos de tubo de diálisis y hacer que hagan nudos en el tubo.
  • Debe proporcionar a sus alumnos las instrucciones para el tipo específico de tira reactiva de glucosa que está utilizando. Además, querrá tener disponible la tabla de colores para interpretar los resultados de las tiras reactivas de glucosa.

Sugerencias de instrucción e información de antecedentes

Para completar la parte práctica de la actividad en un período de 45 a 50 minutos, probablemente querrá que sus estudiantes completen las preguntas 1 a 4 en el Material para estudiantes y que las discutan el día antes de la parte práctica. de la actividad. Es posible que necesite tiempo adicional en un tercer día de clase para terminar de responder y discutir las preguntas 10-11.

En el Folleto para el estudiante, los números en negrita indican preguntas que los estudiantes deben responder.

Los estudiantes pueden medir el movimiento del agua dentro o fuera de la bolsa del tubo de diálisis midiendo el cambio en el peso o el volumen de la solución en la bolsa. Para medidas de cambio de peso, puede esperar cambios de aproximadamente 0.5-1.0 g en 20-30 minutos. Si los estudiantes están usando el peso de la bolsa para estimar el movimiento del agua, deben cortar las cuerdas lo más cortas posible después de hacer los nudos y asegurarse de secar bien la bolsa y las cuerdas cada vez antes de pesar la bolsa. Las medidas de cambio de volumen tienden a ser menos precisas, pero serán suficientes si no tiene una escala disponible. Una medida razonable del cambio de volumen en el tubo es el cambio en la longitud de la parte del tubo de diálisis que se llena con la solución (que debe ser de aproximadamente 5-10 mm de cambio en 30 minutos). Es importante tratar de estandarizar esta medida para obtener resultados comparables para las medidas estatales iniciales y finales. Además, si está utilizando una medida de longitud, sus estudiantes deberán dejar al menos 30 minutos para la difusión, y puede ser útil usar 5 ml de cada solución de glucosa y almidón en la bolsa.

Después de llenar y atar las bolsas de los tubos de diálisis, los estudiantes deben enjuagar las bolsas a fondo con agua dulce para eliminar el almidón o la solución de glucosa derramada del exterior. Si no tiene un fregadero, una serie de recipientes grandes con agua funcionarán.

La solución de yoduro de yodo y potasio se utiliza como indicador de la presencia de almidón. Yodo (yo2) es relativamente insoluble en agua, por lo que se añade yoduro de potasio (KI) a la solución; esto da como resultado la formación de iones de yoduro (I3-) que son solubles en agua. Cuando los iones de yoduro y el almidón están en la misma solución, los iones de yodo se unen a las espirales de beta amilosa del almidón. Esto es lo que provoca el cambio de color del almidón de transparente o blanco a azul o negro o morado. Esta unión también elimina los iones de yodo de la solución. Por lo tanto, con el tiempo, la solución de yodo bronceado se volverá más liviana a medida que los iones de yodo se difunden continuamente a través del tubo de diálisis y se unen.

Mientras los estudiantes esperan que los efectos de la difusión se vuelvan observables, los estudiantes deben responder la pregunta 6 en la página 3 del Folleto para el estudiante.

El diagrama de transporte a través de una membrana celular en la página 4 del Material para estudiantes junto con la pregunta 10 brindan la oportunidad de señalar algunas diferencias entre la permeabilidad selectiva en la membrana sintética y en la membrana celular. La permeabilidad selectiva de la membrana sintética depende del tamaño de los poros, por lo que los iones y moléculas más pequeños pueden cruzarse y los iones y moléculas grandes no. Por el contrario, la capacidad de los iones y moléculas para atravesar la membrana celular depende de varios factores además del tamaño. Los iones cargados y las moléculas polares no cruzan fácilmente la capa bilipídica apolar, por lo que los iones cargados y la mayoría de las moléculas polares generalmente cruzan la membrana celular solo si hay proteínas de transporte específicas.

Es posible que desee señalar que hay tres clases amplias de proteínas que contribuyen a la permeabilidad de la membrana: canales o poros (ilustrados por el canal de sodio en la figura del Material para estudiantes), transportadores (ilustrados por el transportador de glucosa) y bombas ( ilustrado por la bomba de sodio-potasio). Las proteínas de los canales o de los poros y las proteínas transportadoras proporcionan la base para la difusión facilitada desde las regiones de mayor concentración a las regiones de menor concentración. Por el contrario, las proteínas de bombeo proporcionan la base para el transporte activo que utiliza la energía proporcionada por el ATP para mover iones o moléculas de regiones de mayor concentración a regiones de menor concentración. Como se muestra en las figuras siguientes, las proteínas transportadoras y de bombeo cambian de forma para mover moléculas e iones a través de la membrana celular.

La última página del Material para estudiantes brinda la oportunidad de discutir las formas en que los modelos nos ayudan a comprender estructuras y fenómenos biológicos complejos, así como las limitaciones de los modelos como representaciones de la realidad. Esta actividad presenta dos modelos: la membrana sintética selectivamente permeable y el diagrama de la página 4 del Material para estudiantes. Ambos modelos ilustran la permeabilidad selectiva, pero incluyen características algo diferentes de permeabilidad selectiva. Por ejemplo, la membrana sintética ayuda a los estudiantes a comprender que algunas moléculas no atraviesan la membrana celular (crucial para retener moléculas vitales como el ADN y las proteínas dentro de la célula). Por el contrario, el diagrama incluye la información importante de que la membrana celular contiene proteínas que facilitan el transporte de moléculas e iones específicos biológicamente importantes a través de la membrana celular. Algunas de estas proteínas son moléculas de bombeo que utilizan la energía del ATP producido por las células vivas para mover moléculas de una región de menor concentración a una región de mayor concentración. Esto contrasta con la difusión, que siempre da como resultado un movimiento neto de sustancias desde una región de menor concentración a una región de mayor concentración.

Posible actividad de seguimiento y discusión

Como seguimiento de esta actividad práctica, es posible que desee:

  • Haga que sus estudiantes usen microscopios, Elodea y varios productos químicos para estudiar la ósmosis y las velocidades de difusión a través de la membrana plasmática de moléculas de diferente tamaño e hidrofobicidad como se indica en "Difusión a través de membranas biológicas".
  • Analice con sus alumnos las contribuciones de las membranas selectivamente permeables y la ósmosis al tratamiento de diálisis de pacientes con insuficiencia renal. (Hay una introducción útil disponible en http://en.wikipedia.org/wiki/Dialysis)

2.2: Notas de preparación para el maestro de membranas - Biología

Resume las etapas del ciclo celular, incluida la interfase (G 1, S, G 2), la mitosis y la citocinesis.

Indique que los tumores (cánceres) son el resultado de una división celular descontrolada y que pueden ocurrir en cualquier órgano o tejido.

Indique que la interfase es un período activo en la vida de una célula en el que ocurren muchas reacciones metabólicas, incluida la síntesis de proteínas, la replicación del ADN y un aumento en el número de mitocondrias y / o cloroplastos.

Describe los eventos que ocurren en las cuatro fases de la mitosis (profase, metafase, anafase y telofase).

Incluyen el superenrollamiento de los cromosomas, la unión de los microtúbulos del huso a los centrómeros, la división de los centrómeros, el movimiento de los cromosomas hermanos a los polos opuestos y la rotura y nueva formación de las membranas nucleares.

Los libros de texto varían en el uso de los términos cromosoma y cromátida. En este curso, las dos moléculas de ADN formadas por la replicación del ADN se consideran cromátidas hermanas hasta la división del centrómero al comienzo de la anafase, después de esto, son cromosomas individuales. No se espera el término cinetocoro.

Explica cómo la mitosis produce dos núcleos genéticamente idénticos.

Indique que el crecimiento, el desarrollo embrionario, la reparación de tejidos y la reproducción asexual implican mitosis.


Notas de lectura

1. Resuma las etapas del ciclo celular, incluida la interfase (G1, S, G2), la mitosis y la citocinesis.

  • G1: crecimiento, síntesis de proteínas, aumento del número de mitocondrias y / o cloroplastos
  • S: replicación del ADN
  • G2: crecimiento, síntesis de proteínas, preparación para mitosis / citocinesis

mitosis = división nuclear

citocinesis = división celular

2. Indique que los tumores (cánceres) son el resultado de una división celular descontrolada y que pueden ocurrir en cualquier órgano o tejido.

3. Indique que la interfase es un período activo en la vida de una célula en el que ocurren muchas reacciones metabólicas, incluida la síntesis de proteínas, la replicación del ADN y un aumento en el número de mitocondrias y / o cloroplastos.

4. Describe los eventos que ocurren en las cuatro fases de la mitosis:

  • Los cromosomas se condensan por superenrollamiento, volviéndose visibles a la vista microscópica
  • Los centríolos se mueven a polos opuestos
  • El nucleolo desaparece
  • La membrana nuclear desaparece
  • Aparato de husillo microtubular se forma en cada polo
  • Los microtúbulos del huso se adhieren a los centrómeros de los cromosomas
  • Los cromosomas se mueven hacia el ecuador
  • Los centrómeros se dividen cuando los microtúbulos del huso tiran de las cromátidas hacia los polos opuestos (después de que los centrómeros se dividen, la hermana cromátidas son conocidas como hermana cromosomas)
  • Los cromosomas hermanos se mueven a polos opuestos a medida que los microtúbulos se acortan
  • Los cromosomas hermanos han llegado a los polos
  • El husillo desaparece
  • Los centríolos se replican
  • La membrana nuclear se reforma y se hace visible
  • El nucleolo se vuelve visible
  • Los cromosomas se descondensan y se convierten en cromatina.

5. Explica cómo la mitosis produce dos núcleos genéticamente idénticos.

  • La replicación del ADN durante la fase S de la interfase produce dos copias idénticas de ADN
  • Conjuntos idénticos de ADN se unen entre sí como cromátidas hermanas de cada uno de los cromosomas de la célula.
  • La mitosis segrega las dos cromátidas de cada cromosoma en polos opuestos, formando dos núcleos idénticos, cada uno con una copia completa del ADN original.
  • La citocinesis separa los dos núcleos hijos en dos células hijas idénticas.

6. Indique que el crecimiento, el desarrollo embrionario, la reparación de tejidos y la reproducción asexual implican mitosis.


Ver el vídeo: Membranas Biológicas 18: Cómo es su estructura? (Mayo 2022).