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UNIDAD II: La célula

OBJETIVO GENERAL Describir la estructura, función, componentes y reproducción de la célula, como unidad básica de la vida. I Introducción. Actividad introductoria Los estudiantes pueden justificar, en cuales de los avances de la Biología de la I Unidad, es vital el conocimiento y estudio de la célula. En el cuaderno deberán anotar al menos dos avances, con su respectiva justificación. 1° Objetivo: Establecer el desarrollo histórico, sobre las investigaciones de la teoría celular. I Preguntas exploratorias.

1) ¿Qué es la célula? ¿Está viva? 2) ¿Quién fue uno de los primeros científicos que utilizó el concepto de

célula? II Desarrollo del objetivo

1) Estudio de la historia de la teoría celular. 2) Subrayar las ideas del apartado 2.1. 3) Lectura y explicación de los principios de la teoría celular. 4) Considerar los nombres de los científicos que se presentan en la página

28.

5. Actividad 2.1

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2° Objetivo: Reconocer la célula como unidad fundamental de todo ser vivo.

I Preguntas exploratorias.

1) ¿Por qué la célula es la unidad fundamental de todo ser vivo? 2) ¿Cuál instrumento de laboratorio es necesario utilizar para estudiar la

célula? II Desarrollo del objetivo

1) Lectura de la sección 2.2 2) Utilizando el esquema de un cuerpo humano, el estudiante indicará los

tres elementos que contiene el cuerpo humano en general y ejemplos.

3) Lectura de la página 31. 4) Elaborar un mapa conceptual al respecto en el cuaderno, incluyendo

lustraciones. 3° Objetivo: Identificar las características de tamaño, forma y función de la célula.

I Preguntas exploratorias.

1) ¿Son todas las células de la misma forma? 2) ¿Serán todas del mismo tamaño? Justifique con ejemplos sus

afirmaciones. II Desarrollo del objetivo

1) Lectura del apartado 2.3.1 2) Actividad de identificación visual y descriptiva de la forma de algunas

células, según la parte del cuerpo donde se encuentra. Puede imprimir las siguientes para la actividad, o pedir a los estudiantes que las dibujen.

Líquido celular Sustancias interceleulares

Células

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A) ERITOCITOS

B) Neurona

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C) CÉLULA GRASA (Tejido conectivo)

D) CÉLULAS CONECTIVAS

E) CÉLULAS MUSCULARES

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E) CÉLULAS DE TEJIDO VEGETAL

3) Estudio de los tamaños relativos de los seres vivos y sus componentes. Léase en el último dibujo de la página 35: Diámetro de un átomo. 4) Lectura del apartado 2.3.2 Trabajar este apartado en grupos dentro del aula. Cada grupo debe leer, ilustrar y explicar las diversas funciones de la célula. 5° Objetivo: Establecer los componentes generales de toda célula. I Preguntas exploratorias.

1) ¿Qué componentes forman parte de una célula? 2) Indique alguna de las funciones de esos componentes.

II Desarrollo del Objetivo

1) Estudio general de las moléculas orgánicas. 2) Se le puede pedir a los estudiantes que traigan a la clase diversas

sustancias, y que expliquen que tipo de molécula biológica es su principal componentes, tomando como ejemplos los de la página 38.

3) Se pueden mostrar figuras esquemáticas de las diversas moléculas biológicas, para una comprensión visual de las mismas:

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A) ÁCIDOS NUCLEICOS

Diferencias estructurales entre el DNA y el RNA

* pentosa bases nitrogenadas estructura

DNA

RNA

B) PROTEÍNAS

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4) El estudio de la membrana también se puede trabajar en forma grupal: A cada grupo le corresponderá un apartado diferente, el cual deberá explicar con orientación del docente, y además es importante que amplíen las ilustraciones de los diversos tipos de transporte, para facilidad en la explicación. Es importante que cada grupo ayude a contestar las preguntas que están dentro del capítulo.

5) Otra opción puede ser la elaboración de maquetas que ilustren cada uno de las formas de transporte estudiadas.

5° Objetivo: Diferenciar las células procariota y eucariota. Desarrollo del objetivo:

1) Lectura del apartado 2.5. 2) Realizar la actividad del la página 50, habiendo estudiado previamente la

página 49. 3) Repaso: Actividad 2.2.

6° Objetivo: Diferenciar las características y funciones de las células eucariontes. Desarrollo del objetivo:

1) Lectura del apartado 2.6. 2) Para el estudio de los componentes celulares, se puede elaborar un

modelo grande en cartón forrado en una tela, tal que pueda adherirse velcro.

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3) Se le pide a los estudiantes que elaboren modelos de cada una de las organelas y les coloquen velcro en la parte trasera. Seguidamente se le asigna una organela a cada uno, para que al pegarla en el modelo celular, explique sus características y funciones.

4) Elaboración de esquemas con las ideas principales, para cada uno de los componentes.

5) En el cuaderno escribirán las diferencias entre células vegetales y animales.

6) Actividad 2.3. 7° Objetivo: Explicar el ciclo de vida celular, sus fases y mecanismo de regulación. Desarrollo del objetivo:

1) Estudio y discusión de los apartados 2.7 y 2.8. 2) Se pueden escoger algunos estudiantes, para que elaboren dibujos

amplificados de cada una de las fases del ciclo celular, para lograr una mejor comprensión de cada etapa.

3) Realizar el ejercicio 1, de la página 80. 8° Objetivo: Explicar las funciones del ciclo celular en cuanto a sus efectos sobre los seres vivos. Desarrollo del objetivo:

1) Este tema se puede ampliar, utilizando recortes de noticias y revistas, de tal manera que se puede realizar un trabajo de investigación, en conjunto con el objetivo 9, ya que estos temas son de actualidad y hay mucho material al respecto.

2) De esta forma el estudiante puede elaborar un pequeño álbum, sobre información que recolecte, de tal forma que realice una discusión o redacción pequeña de cada recorte.

3) Elaborar un mapa conceptual, en el cuaderno, sobre los diversos tópicos, para efectos de evaluación.

9° Objetivo: Describir la contribución que tiene el estudio de la célula en los avances de la ciencia y la tecnología. Desarrollo del objetivo:

1) Estudio de los apartados 2.9. 2) El estudiante podrá ilustrar con recortes, cada uno de los avances, y

puede escribir su opinión al respecto, en el plano biológico y de beneficio para el hombre.

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3) Se pueden utilizar las siguientes figuras para que los estudiantes las expliquen.

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La siguiente se utiliza para mejorar la comprensión entre los componentes del material genético.

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Esta figura se puede utilizar para explicar algunas formas de obtener células madre.

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4) Repaso de conceptos de la página 80. Se recomiendan las siguientes lecturas, a modo de repaso tomadas de la dirección electrónica http://www.xtec.es/~lvallmaj/sumpala2.htm

Clonación

Clonación reproductiva

La clonación es la reproducción no sexual de individuos genéticamente idénticos a un individuo original. Se pueden clonar genes, células u organismos. Uno de los casos más espectaculares de clonación fue el de la oveja Dolly. En febrero de 1997, el investigador británico Ian Wilmut y sus colegas anunciaron que, con un nuevo tipo de biotecnología, habían conseguido una oveja genéticamente idéntica a otra; había nacido el julio de 1996.

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El método de clonación más frecuente consistía, anteriormente, en «cortar» en dos un embrión probeta resultante de la unión de un óvulo y un espermatozoide y, acto seguido, implantar las dos mitades en madres portadoras para su gestación: se obtenían dos individuos clones. El método utilizado en la fabricación de la oveja Dolly era revolucionario; no había que pasar por un embrión probeta obtenido de un óvulo e in espermatozoide. La oveja Dolly fue resultado de la unión del núcleo de una célula de glándula mamaria de una oveja (el animal que se quería clonar) y de un óvulo al que previamente se le ha extraído el núcleo. Óvulo y núcleo se implantan a una madre portadora para la gestación. La obtención de la oveja Dolly, por clonación, requirió 277 embriones, de los que 29 fueron transferidos a una oveja hembra, consiguiéndose sólo 13 embarazos y un solo nacimiento.

La clonación de animales, si se toman las precauciones y no se afecta a la biodiversidad, puede ser beneficiosa. Pero los temores se agudizan cuando se insinúa la posibilidad de clonación de individuos humanos; posibilidad prohibida por la legislación de muchos países y por la Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos. Ahora bien, el hecho de que la ciencia casi siempre ha avanzado transgrediendo límites y el secreto en que se llevan muchas investigaciones, puede generar sospechas sobre el respeto de los límites éticos.

Recordemos que en las clonaciones de animales un número importante de embriones no llegan en nacer o llevan a animales con deformidades. La aplicación de esta técnica a los seres humanos implica el alto riesgo de crear humanos con notables deformidades. La clonación reproductiva humana cuando sea tecnológicamente viable, se abrirá un nuevo debate ético de grande repercusión para el futuro de la humanidad.

Clonación terapéutica, las células madre

La clonación terapéutica es la generación de células madre embrionarias genéticamente idénticas a las de un paciente que, una vez diferenciadas y transformadas en células especializadas (tejidos), se transplantarán al mismo paciente sin riesgo de rechazo. Se produce una regeneración celular de un paciente mediante transferencia de material celular propio.

El método utilizado en la clonación terapéutica es, inicialmente, parecido al de la clonación reproductiva. Se transfiere el núcleo de una célula somática de un determinado paciente a un óvulo anucleado, es decir, que se le ha extraído el núcleo. El resultado de la unión es la generación de un embrión genéticamente idéntico al paciente; de este embrión, en etapa de blastocito, se obtendrán las células madre embrionarias pluripotentes o totipotentes, es decir, con posibilidad de devenir cualquier tejido corporal, órgano o célula especializada. Obviamente, la obtención de tejidos, partiendo del cultivo de células madre, implica la destrucción en laboratorio de el embrión generado por esta finalidad terapéutica. El último paso consiste en el trasplante al paciente de las células o tejidos convenientes sin riesgo de rechazo.

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La investigación en este tipo de clonación está en marcha. Recordemos que en noviembre de 2001, la empresa Advanced Cell Technology comunicaba que ya había realizado la primera clonación de un embrión humano con objetivo terapéutico. Muchos biólogos afirman que las investigaciones en el ámbito de las células madre marcarán la biología de la próxima década. Los beneficios terapéuticos parecen muy elevados; pero, por otro lado, se denuncia la destrucción de gran número de embriones humanos en este proceso de investigación. Según sus detractores, se trata de una clonación humana parecido a la clonación reproductiva; según sus partidarios, clonación reproductiva y clonación terapéutica son prácticas muy diferentes.

El filósofo Jesús Mosterín, en su libro Ciencia viva. Reflexionas sobre la aventura intelectual de nuestro tiempo, elogia las brillantes perspectivas morales de las células madre. ¿Qué es preferible, recibir órganos de un donante (animal o persona), con todos los riesgos que implica, o bien ser autosuficiente? «El ideal moral consiste en no sacrificar ni explotar a ninguna criatura, sino en ser uno mismo autosuficiente, curarse uno con sus propios recursos y sin hacer sufrir a los demás, ser uno su propio donante de órganos y tejidos, sacar las piezas de repuesto que necesite de la clonación de su propio material celular»

3. Proyecto Genoma Humano

A partir de 1985, un gran número de investigadores encabezados por James Watson, el codescubridor de la estructura del ADN, concibieron la posibilidad de investigar las instrucciones presentes en el conjunto de los genes humanos. Esta ambiciosa y costosa posibilidad fue identificada con el nombre de Proyecto sobre el Genoma Humano.

Un gen es una porción de ADN que, solo o asociado a otros, es responsable de la realización de una característica. El conjunto de genes de un organismo constituye el su genoma. El genoma, conservado en el ADN, se el programa hereditario de un ser vivo, un programa que determina las funciones biológicas de éste ser vivo. A medida que han adelantado las búsquedas, se han ido reduciendo las estimaciones sobre el número de genes que constituyen el genoma humano: de los 100.000 iniciales se pasó a hablar de 60.000 a 80.000 genes, y en el 2001 la estimación era de 30.000 y pico genes. Las instrucciones, como en todo ser vivo, se hallan codificadas mediante secuencias de cuatro bases: la adenina, la [tianina], la citosina y la guanina, simbolizadas, sucesivamente, con A, T, C y G.

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El 1990, el Proyecto del Genoma Humano ya estaba en marcha. Si bien varios países participaban en el Proyecto, su principal impulsor fueron los EE.UU. con un presupuesto anual de unos 200 millones de dólares. El objetivo de este Consorcio Público consistía en localizar e identificar todos los genes del ADN antes del 2003. Este objetivo suponía conocer la secuencia de la totalidad de los genes presentes en los cromosomas, es decir, un catálogo o mapa del genoma humano. El resultado sería la secuencia de tres mil millones de letras (una alternancia de A, T, C y G, que indican las cuatro bases) que compone los genes de los 23 cromosomas. El paso siguiente y complementario sería comprender las funciones codificadas de cada gen e identificar los genes responsables de las enfermedades genéticas.

El Proyecto incluía elaborar mapas y secuencias de los genomas de organismos evolutivamente sencillos, como modelos de estudio y análisis. Así, el 1998, por primera vez, se había descifrado el programa genético completo de un microscópico gusano, un organismo que tiene muchos genes comunes con el ser humano . El Proyecto incluye, también, el estudio de las consecuencias éticas, legales y sociales que puedan derivarse de la adquisición y utilización de este conocimiento.

El 15 de febrero de 2001, el Consorcio Público presentaba, bastante antes de lo previsto, un primer borrador del genoma. El día siguiente, la empresa privada Celera, creada el 1998 por Craig Venter, asumiendo las investigaciones provenientes del Consorcio HUGO, también comunicaba su propio borrador del genoma. El rápido éxito de Celera se debía a las enormes inversiones hechas por diversas empresas de biotecnología. Obviamente, queda abierto el debate sobre la propiedad, pública o privada, de las investigaciones sobre el genoma humano; sus aplicaciones médicas pueden generar grandes beneficios económicos.

El estudio sistemático del genoma humano, una proeza biotecnológica comparada por algunos a la llegada a la Luna, implicará importantes beneficios médicos, por ejemplo, intervenir en más de 4.000 enfermedades genéticas. Se argumenta que, con diferentes pruebas, se podrán hacer diagnósticos prenatales y, en un segundo momento, iniciar una terapia genética, unas terapias germinales que permitirán modificar o "purificar" el genoma del embrión. En la primera mitad de 1999, la investigación sobre el genoma humano ya había llevado a identificar los genes relacionados con la diabetes, al cáncer de mama y a la enfermedad de Alzheimer.

Pero el proyecto ha recibido diversas críticas, tanto desde el punto de vista técnico como ético o religioso. Se objeta que no se puede hablar de una secuencia genética preestablecida: todos los individuos tienen una secuencia diferente y única: ¿cuál será la secuencia "normal" o punto de referencia? Se ofrecerán multitud de pruebas biogenéticas -todas patentadas y lucrativas- que no se sabe bien a quien beneficiarán. Se critica que el proyecto, con altísimos costes, deja de lado un factor fundamental, el peso del ambiente y la educación a la hora de configurar el ser humano. Por otro lado, ¿quién gestionará esta información? ¿Qué compañía asegurará un individuo o grupo portador de un genoma con

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predisposición a enfermedades hereditarias?

Actualmente, pese a que la «Human Genoma Organization» (HUGO) intenta coordinar diferentes programas de investigación de dieciocho países, predomina la descoordinación y no siempre se sabe la línea de investigación de determinados grupos. Las legislaciones estatales van bastante atrasadas respeto a los resultados obtenidos y a los intereses de las multinacionales que han hecho sus inversiones.

4. Alimentos transgénicos

¿Qué son los alimentos transgénicos? Son organismos, plantas o animales, que han sido manipulados genéticamente. ¿Como se manipulan? Haciendo uso, especialmente, de la biotecnología de recombinación del ADN: se implanta en las células de determinados organismos como por ejemplo plantas, material genético proveniente de otros organismos dotados de ciertas cualidades, con el objetivo de dotar con estas cualidades al organismo receptor o manipulado. Así, pues, los alimentos transgénicos son organismos modificados mediante ingeniería genética. ¿Qué efectos producen en los animales o humanos que los ingieren? Ésta es la cuestión conflictiva, mucho más cuando investigadores que participan en el Proyecto Genoma Humano han afirmado que los riesgos que comporta son muy desconocidos.

Instituciones internacionales han advertido del nuevo peligro que suponen los alimentos transgénicos. Se teme que a la lista negra de efectos nocivos y tóxicos causados por el gran número de plaguicidas y sustancias químicas insuficientemente controladas se habrá de añadir los efectos, por el momento imprevisibles, causados por la contaminación transgénica, tanto o más grave que la contaminación química.

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Multinacionales especializadas en manipulación transgénica, como por ejemplo Monsanto, son las más interesadas en evitar toda información sobre qué alimentos participan de alguna manipulación genética argumentando que, virtualmente, no hay diferencia entre unos y otros: toda indicación de OMG (organismo modificado genéticamente) sería económicamente perjudicial. Pero, por otro lado, son bastante los especialistas que defienden que «hoy nadie puede prever las toxicidades, las invasiones competitivas o cualquier otra consecuencia inesperada de las plantas transgénicas». Por todo eso, en mayo de 1996, un centenar de científicos hicieron púbico, en París, un manifiesto proclamando la «necesidad de una moratoria respecto a la diseminación en el medio ambiente de organismos genéticamente modificados».

Maíz transgénico

Por otro lado, las semillas de las plantas transgénicas, que pueden aumentar los rendimientos del 15% al 20%, introducen el problema de las patentes de plantas o animales creados. Si una multinacional, haciendo millonarias inversiones, ha conseguido crear un trigo o un arroz de alto rendimiento, el agricultor que las compra ¿tiene derecho a replantarlas una y otra vez? Ciertamente, desde hace más de 10.000 años, los agricultores han reservado parte de las semillas obtenidas en cosechas para la replantación o intercambios; ahora bien, las multinacionales argumentan que las semillas transgénicas son creaciones patentadas y su compra sólo da derecho a plantarlas una vez, cosa que se hace constar en el contrato de compra.

Con el objetivo que no se escapen los beneficios de la inversión, las multinacionales de la biotecnología agrícola han patentado el «sistema de protección tecnológica» (Technology Protection System, TPS), un polémico y controvertido sistema de protección que comporta la esterilización de las semillas. Modificando tres genes de las semillas se consigue neutralizar las semillas obtenidas en la cosecha: si se replanta, la semilla no germina. Éstas semillas TPS son conocidas por sus muchos detractores con el nombre de "Terminator". Los efectos ambientales, económicos y sociales de las entonces Terminator son incalculables.

Banco de ítemes para la elaboración de pruebas. I PARTE. Selección única. 1. El descubrimiento de la célula animal se debe a los científicos

a. Watson y Crick b. Darwin y Virchow c. Schleiden y Shwann d. Mendel y Leeuwenhock

2. El científico que utilizó por primera vez el término de célula, se llamó

a. Hooke b. Pasteur c. Schleiden d. Leeuwnhock

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3. ¿Cuál de las siguientes oraciones ejemplifica la célula, como unidad funcional?

a. La célula contiene enzimas y proteínas. b. Las células fabrican utilizan los alimentos para fabricar sus componentes c. La célula está rodeada por una membrana celular. d. Las células somáticas se dividen por mitosis.

4. Considere el siguiente texto De acuerdo al texto anterior, se cataloga a la célula como una unidad

a. funcional b. estructural c. reproductora d. fundamental

5. Considere el siguiente texto El texto anterior hace referencia a

a. el citoplasma b. el protoplasma c. la pared celular d. la membrana celular

6. Considere la siguiente figura

Esta corresponde a una célula

a. neuronal b. muscular c. branquial d. conectiva

7. Un ejemplo de un organismo unicelular corresponde a

a. el sida b. el ADN c. el ARN d. el paramecium

Las células contienen el ADN, el ARN, además de enzimas, proteínas y una serie de biomoléculas.

“Es un medio hidrosalino, que constituye la mayor parte del volumen celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares.

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8. Considere el siguiente texto El texto anterior se refiere a la función celular llamada

a. absorción b. secreción c. respiración d. irritabilidad

9. Es correcto afirmar que la excreción es la

a. captación de sustancias del medio b. capacidad de una célula de cambiar de forma c. eliminación de los productos de desecho del metabolismo d. expulsión de de materiales útiles como una enzima digestiva u hormona

10. Considere el siguiente texto El texto anterior hace referencia a

a. el citoplasma b. el protoplasma c. la pared celular d. la membrana celular

11. Considere el siguiente texto Este texto hace referencia a un ejemplo de biomoléculas llamadas

a. lípidos b. proteínas c. carbohidratos d. ácidos nucleicos

12. Es correcto afirmar que un ejemplo de carbohidratos es

a. la seda b. la glucosa c. la queratina d. el colesterol

Es la capacidad del protoplasma para responder a un estímulo. Es más notable en las neuronas y desaparece con la muerte celular.

“Corresponde al material de que están formadas las células y que se ha descrito como la base física de la vida. Este se encuentra en estado coloidal”

En la cubierta de las hojas y los tallos de las plantas, existen sustancias cerosas, que son a prueba de agua, y contribuye en evitar la evaporación excesiva de agua.

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13. Considere el siguiente texto El texto hace referencia a

a. el citoplasma b. el protoplasma c. la pared celular d. la membrana celular

14. De acuerdo a las funciones de la membrana celular, es correcto afirmar que el transporte de las moléculas pequeñas ocurre por medio de de un mecanismo llamado

a. exocitosis b. endocitosis c. transporte activo d. transporte pasivo

15. Considere la siguiente figura

Esta ejemplifica una característica de la membrana celular llamada

a. ósmosis b. fluidez c. permeabilidad d. composición asimétrica

16. A la red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales se le llama

a. citosol b. citoplasma c. cilios y flagelos d. membrana plasmática

“Corresponde a una estructura altamente especializada, está constituida por una doble capa de lípidos, moléculas de proteínas y carbohidratos”

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II PARTE. Respuesta Breve. Responda cada pregunta, en forma clara y concisa. 1. Cite dos ejemplos de proteínas

a. _____________________________

b. _____________________________ 2. Indique tres componentes básicos de la membrana celular.

a. _____________________________

b. _____________________________

c. _____________________________ 3. Señale los tres tipos de transporte pasivo.

a. _____________________________

b. _____________________________

c. _____________________________ 4. Cite los dos tipos de endocitosis

a. _____________________________

b. _____________________________ 5. Indique dos funciones que realiza el Aparato de Golgi

a. _____________________________

b. _____________________________ 6. Enumere tres componentes del núcleo de las células.

a. _____________________________

b. _____________________________

c. _____________________________

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III PARTE. Identificación. A. Coloque el nombre correcto de acuerdo al número.

1. ____________________________

2. ____________________________

3. ____________________________

4. ____________________________

5. ____________________________ B. Identifique el nombre de las siguientes etapas de la división celular. 1 2 3

5 4

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1. ____________________________

2. ____________________________

3. ____________________________

4. ____________________________

5. ____________________________

III PARTE. Desarrollo. Responda cada pregunta en forma completa. 1. Explique dos semejanzas y dos diferencias entre las células procariotas y las células eucariotas. 2. Explique dos funciones de los cloroplastos. 3. Utilizando un ejemplo explique el proceso de ósmosis. 4. Explique ¿en qué consisten las funciones celulares llamadas diferenciación y señalización química? 5.Explique los siguientes avances: Proyecto Genoma Humano, Utilización de células madre y la clonación.