estrategias transporte electrónico
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INFOCAB Innovación Educativa En Materiales Para Algunos Temas De Biología I y III
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2. ESTRATEGIA
TRANSPORTE
ELECTRÓNICO
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II.PROGRAMA
UNIDAD TEMÁTICA Unidad I ¿CÓMO SE EXPLICA LA DIVERSIDAD DE LOS SISTEMAS VIVOS A TRAVÉS DEL METABOLISMO?
PROPÓSITO(S) DE LA
UNIDAD Al finalizar la unidad, el alumno comprenderá qué es el
metabolismo a través del estudio de diferentes rutas, para que reconozca su importancia en la diversidad biológica.
APRENDIZAJE(S) El alumno comprende que la respiración es un proceso que, con distintas rutas metabólicas sirve para la degradación de las moléculas en los sistemas vivos.
TEMA(S) Tema II
Diversidad de los sistemas vivos y metabolismo.
III. ESTRATEGIA
Propósitos de la estrategia
Se pretende que el alumno observe como se efectúa el transporte electrónico en las membranas del tilacoide (en el cloroplasto) y la membrana interna de la mitocondria, así mismo que observe como se reducen y oxidan las coenzimas, NAD Y FAD (moléculas transportadoras de electrones), en los sistemas vivos.
IV.SECUENCIA
TIEMPO DIDÁCTICO 6 Hrs. Clase y 2 Hrs. Extraclase.
DESARROLLO Y
ACTIVIDADES APERTURA (1Hrs. en clase). *Descripción de la Actividad 1: El alumno a través de una imagen de transporte electrónico realice una interpretación del mismo. (Anexo 1).
I.DATOS GENERALES
PROFESOR(A) Rosalba López López
María De La Luz Flores Rosas
Yadira Hernández Torres
Tatiana Jasvby Pérez Corona
Patricia Rosas Becerril
ASIGNATURA Biología I
SEMESTRE ESCOLAR Tercer Semestre
PLANTEL Vallejo
FECHA DE
ELABORACIÓN Enero 2011- Octubre 2012
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*Objetivo: Detectar sus conocimientos previos acerca del tema. *Producto: Cuestionario terminado. DESARROLLO (4 Hrs. En clase). Descripción de la Actividad 2: El alumno leerá el articulo “Reacciones Redox En Los Seres Vivos” (Anexo 2). *Objetivo: Que el alumno comprenda como se llevan a cabo los procesos de óxido reducción. *Producto: Subrayado de la lectura de lo más relevante. *Descripción de la Actividad 3: El alumno completará el proceso oxido-reducción de forma virtual (Anexo 3).
*Objetivo: Que el alumno aplique los conocimientos adquiridos a través de un proceso interactivo. *Producto: Realización de la actividad. *Descripción de la Actividad 4: El alumno explicará el proceso óxido-reducción (Anexo 4).
*Objetivo: Que el alumno desarrolle la habilidad escrita para explicar el proceso de óxido-reducción. *Producto: Explicación escrita.
*Descripción de la Actividad 5: El alumno realizará la lectura “La Mitocondria” y elaborará un mapa mental (Anexo 5). *Objetivo: El alumno comprenderá el proceso de respiración celular y transporte electrónico se efectúa en dichos organelos. *Producto: Elaboración de mapa mental.
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CIERRE (1 Hrs. Clase). *Descripción de la Actividad 6: El alumno contestará el cuestionario (Anexo 6). *Objetivo: El alumno reintegrará cada uno de los conocimientos. *Producto: Cuestionario.
ORGANIZACIÓN La estrategia está diseñada para trabajar con grupos de 30 alumnos aproximadamente.
En el transcurso de las sesiones los estudiantes trabajarán individualmente, posteriormente en equipo y finalmente serán partícipes de las conclusiones grupales.
MATERIALES Y
RECURSOS DE APOYO Laboratorio de CCADET de Biología.
Internet
Proyector de acetatos (opcional)
Pizarrón y plumones (para pizarrón y para acetatos).
Hojas blancas, cuadernos, lápices, colores.
EVALUACIÓN Se realizó en las diferentes actividades en el desarrollo de la estrategia
V. REFERENCIAS DE APOYO
BIBLIOGRAFÍA DE
CONSULTA PARA LOS
ALUMNOS.
Internet: 1. www.angelfire.com/un/luisillo/mitocondria (Septiembre 2011;
11:00 Hrs).
BIBLIOGRAFÍA DE
CONSULTA PARA EL
PROFESOR
Libros: 1. Trejo Benítez Francisco Javier, Propuesta educativa (programa
operativo del curso de Biología IV). CCHS UNAM (1998-1999)
VI. ANEXOS
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ANEXO 1
Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades
Cuestionario Nombre: ____________________________________________________________________ Grupo: _______________________________________ Fecha: _________________________
INSTRUCCIONES: Observa los siguientes esquemas y contesta las preguntas.
Ver animación:
RESPIRACIÓN-ANIMACIÓN-1.ppsx
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Ver animación:
RESPIRACIÓN-ANIMACIÓN-2.ppsx
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1. ¿A qué proceso pertenece cada esquema? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. ¿Cuáles son los constituyentes de cada modelo? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. ¿Qué tipo de sustancias están constituyendo al modelo? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. ¿Qué estructuras observas? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. ¿Para qué sirve cada uno? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. ¿En donde se lleva a cabo el proceso observado? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. ¿Qué sustancias o productos se obtienen a partir de su funcionamiento? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8. ¿Tendrán alguna relación ambos esquemas? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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ANEXO 2
Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades
INSTRUCCIONES: Realiza la siguiente lectura y subraya lo que consideres más relevante.
REACCIONES REDOX EN LOS SERES VIVOS
Dentro de la célula, son los procesos enzimáticos por medio de los cuales se metabolizan
carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos terminando en bióxido de carbono y agua con
la obtención de la energía biológica (ATP), son las reacciones enzimáticas en las cuales
hay flujo de electrones de un potencial de energía a otro, donde el oxígeno es el último
aceptor de electrones, el oxígeno reacciona con los electrones y los iones de hidrógeno
para formar una molécula de agua, los electrones llegan al oxígeno a través de un
sistema de enzimas que se encuentran en la mitocondria de la célula y se llama sistema
de transporte de electrones.
Cada una de las sustancias redox es capaz de ser reducida y oxidada alternadamente
(reducida cuando recibe electrones de la sustancia de menor electronegatividad y oxidada
cuando cede estos electrones a la sustancia de mayor electronegatividad), en cada paso
sucesivo hay desprendimiento de energía libre, en tres de ellos la energía es suficiente
para producir la síntesis de una molécula de ATP.
Las oxidaciones siempre van con las reducciones, por ejemplo; el paso del electrón del
átomo del metal sodio al átomo del no metal cloro, el sodio que suministra el electrón se le
llama agente reductor o donador de electrones y se dice que es oxidado, el cloro que
gana el electrón se le llama agente oxidante o aceptor de electrones y se dice que es
reducido.
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Na23 Cl35
11 + - 17
11+ 11+ 17 + 17+
11- 10- 17- 18-
___ ___ ___ ___
0 1+ 0 1_
El elemento sodio (izquierda) cede el electrón más externo al elemento cloro (derecha),
quedándose ambos con ocho electrones en la última capa electrónica (regla del octeto).El
catión sodio y el anión cloruro forman la molécula de cloruro de sodio por la acción de las
fuerzas eléctricas ejercidas entre sus cargas. El electrón transferido se ha representado
en color rojo.
Las reacciones de oxido-reducción incluyen también a iones como reactivos y productos,
el hierro (Fe) presenta dos estados de iónicos, el ión ferroso (Fe2+) y el ión férrico (Fe3+)
por la pérdida de dos y tres electrones, el ión férrico puede de manera reversible reducirse
al ión ferroso usando el hidrógeno como un electrón donador (e) :
H2 2H+ + 2e- / 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ / 2Fe3+ + H2 2Fe2+ +2H+
Los iones férricos Fe3+ son los agentes oxidantes (aceptores de electrones) y son
reducidos, el gas hidrógeno H2 es el agente reductor (donador de electrones) y es
oxidado.
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En la reacción inversa: los iones ferroso Fe2+ son agentes reductores (donadores de
electrones) siendo oxidados hasta iones férricos Fe3+
Puesto que donan sus electrones a los iones H+ hasta producir gas hidrógeno, cuando el
hierro forma parte de la molécula “hemo” en los citocromos la oxidación reversible del ión
ferroso Fe2+ a férrico Fe3+ desempeña un papel importante en la respiración.
Transportadores de electrones (NAD, FAD y citocromos).
Los cofactores de oxidación NAD y FAD intervienen en un gran número de reacciones
enzimáticas, transfieren electrones en los procesos de fermentación, glucolisis,
fosforilación oxidativa y fotosíntesis.
La coenzima I (NAD) nicotinamida adenin dinucleotido, es un aceptor de hidrógenos que
se convierte en NADH2 Y cede sus electrones generalmente a las enzimas de la cadena
respiratoria de las mitocondrias en donde forma agua por reacción de los hidrógenos con
el oxígeno.
El FAD flavin adenin dinucleotido, es una coenzima que funciona como auxiliar con las
enzimas que catalizan las oxidaciones de los metabolitos en cada paso específico dentro
del ciclo de krebs y funge como aceptor de los electrones y los iones de hidrógeno
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desprendidos de los sustratos específicos sirviendo de puente de enlace entre dicho ciclo
y la cadena transportadora de electrones (citocromos), los electrones y los hidrógenos
adheridos a las coenzimas reducidas (NADH y FADH) permanecen en un estado
energético elevado, esa energía se recupera en la cadena transportadora de electrones
(citocromos) que transportan los electrones y los iones de hidrógeno hacia niveles
inferiores de energía produciéndose tres ATP cuando se inicia con NADH y si el ingreso
en la cadena ocurre con el FADH2 solo se forman dos moléculas de ATP, como el ATP se
forma gracias a la energía liberada durante la trayectoria descendente con la repetitiva
eliminación de electrones de los pigmentos de la cadena de transporte electrónico al
proceso global se le denomina fosforilación oxídativa.
Citocromos
Las moléculas transportadoras (NADH y FADH) llegan a las mitocondrias y en los
citocromos a través de una serie de oxidaciones y reducciones se forma el ATP, la
estructura de los citocromos se parece a la de la hemoglobina, ya que presenta un grupo
“hemo” con un átomo de fierro central, el fierro se oxida y se reduce en forma alternativa
debido al paso de los electrones de hidrógeno, pasando de la forma Fe3+ a la forma Fe2+,
cuando gana electrones se reduce y cuando los pierde se oxida.
Los citocromos se designan mediante las letras: a, b, c, y a3 (a este último se le llama
citocromo oxidasa y en él se une el oxígeno con los electrones provenientes de los
sustratos y los hidrogeniones H+ para formar agua).
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Actividad reducción y oxidación: Observa los esquemas del NAD oxidado (NAD+) y el NAD
reducido (NADH) Fig. 1 reduce y oxida la molécula del FAD Fig. 2.
Fig. 1 NAD Oxidado (Esquema de la izquierda) y NAD Reducido (Esquema de la
derecha)
Observar animación Reducción-oxidación
REDUCCIÓN-OXIDACIÓN.ppsx
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Fig. 2 FAD Oxidado (Esquema de la izquierda) y FAD Reducido (Esquema de la derecha)
Observar animación Reducción REDUCCIÓN.ppsx
ANEXO 3
INSTRUCCIONES: Entra a la animación “Oxido-Reducción” y completa el proceso.
Animación “Oxido-Reducción”
ANIMACIÓN OXIDO-REDUCCIÓN\Start.exe
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ANEXO 4
Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades
Nombre: ___________________________________________________________________ Grupo: _______________________________________ Fecha: ________________________
INSTRUCCIONES: Explica el proceso de oxido-reducción
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ANEXO 5
Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades
INSTRUCCIONES: Realiza la siguiente lectura y al finalizar elabora un mapa mental.
LA MITOCONDRIA
Mitocondria del griego: mitocondrias, thread + chondros, gránulo es el sitio donde se lleva
a cabo la respiración celular, es decir, el metabolismo aerobio; en la mayoría de los
organismos eucariontes (con núcleo verdadero). Lo anterior fue demostrado por A.
Lenhinger y E. Kennedy en 1948. Este organelo descubierto en el siglo XIX, varía en
tamaño y forma dependiendo de la fuente y el estado metabólico, pero a menudo son
elipsoides de aproximadamente 5 µm de diámetro y 1 µm de largo, del tamaño de una
bacteria típica. Una célula eucarionte típica contiene más de 2000 mitocondrias, lo que
ocupa alrededor de la quinta parte del volumen celular; esta cantidad es necesaria
porque este organelo es la central energética de la célula. Las células de mamíferos que
contienen más mitocondrias son las células cardiacas y los espermatozoides.
Las microscopías electrónicas de las mitocondrias, revelan la presencia de dos
membranas, una de ellas lisa, en la parte externa del organelo y otra muy plegada, a
cada pliegue se le denomina cresta. El número de crestas varía con la actividad
respiratoria del tipo particular de célula en estudio. Lo anterior se debe a que las enzimas
que llevan a cabo el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa, están unidas a
esta membrana. En los hepatocitos, las mitocondrias tienen pocas crestas, en las células
cardiacas hay muchas. Debido a lo anterior, en este organelo existen dos espacios, el
intermembranal y la matriz. Las enzimas respiratorias, forman parte tanto de la
membrana interna, como de la matriz gelatinosa (50 % H2O). Estas enzimas acoplan la
energía producida por la oxidación de los nutrientes a la energía necesaria para sintetizar
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adenosín trifosfato (ATP), que después de transportarse a los diversos organelos, es
utilizado como combustible en diversos procesos.
A la mitocondria se le considera la central energética de las células, ahí se lleva a cabo
el metabolismo oxidativo de los eucariontes: actividades de piruvato deshidrogenasa,
enzimas del ciclo del ácido cítrico, oxidación de los ácidos grasos y las enzimas y
proteínas redox que llevan a cabo el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa.
La membrana interna mitocondrial compartamentaliza las funciones metabólicas.
La membrana externa de la mitocondria contiene porinas, que son proteínas que forman
poros no específicos que permiten la entrada por libre difusión de moléculas mayores a
10 kD. La membrana interna contiene aproximadamente 75 % de la proteína en peso, es
mucho más rica en proteínas que la membrana externa. A través de la membrana interna
únicamente son permeables CO2, O2 y H2O, para permitir el paso de metabolitos como el
ATP, ADP, piruvato, Ca2+ y fosfato, existen proteínas que controlan este transporte. Esta
impermeabilidad controlada permite la generación de gradientes iónicos y resulta en la
compartamentalización de funciones metabólicas entre el citoplasma y la mitocondria.
Sistemas de transporte mitocondrial.
La mitocondria es el sitio del metabolismo oxidativo de los eucariontes. Contiene como
demostraron A. Lenhinger y E. Kennedy en 1948, el piruvato deshidrogenasa, las
enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, las enzimas que catalizan la oxidación de
los ácidos grasos y las enzimas y proteínas redox que intervienen en el transporte de
electrones y la fosforilación oxidativa. Por ello se le describe como la “planta de energía”
de la célula.
Varían considerablemente en tamaño y forma dependiendo de la fuente y el estado
metabólico. Típicamente son elípticas con aproximadamente 0.5 µm de diámetro y 10 µm
de largo.
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Las mitocondrias contienen dos membranas, una externa y una interna, que está
invaginada, a cada invaginación se le denomina cresta, cuyo número varía con la
actividad respiratoria y el tipo de célula.
El interior es de carácter gel (aproximadamente 50% agua), llamada matriz, la cual
contiene una elevada concentración de enzimas solubles para el metabolismo oxidativo
(ciclo de los ácidos tricarboxílicos), así como substratos, cofactores e iones inorgánicos.
También contiene la maquinaria genética propia del organelo (ADN, ARN y ribosomas),
la cual genera muchas proteínas mitocondriales que se utilizan en este organelo y unas
cuantas que se utilizan en otras entidades celulares.
En la membrana externa hay porinas, que permiten el libre paso de sustancias mayores a
10 kD. La membrana interna está compuesta por 75% de proteínas y 25% lípidos. Es
permeable solamente a O2, CO2 y H2O. Además de las proteínas de la cadena de
transporte de electrones, contiene numerosas proteínas de transporte, que controlan el
paso de ATP, ADP, piruvato, calcio y fosfato. Esta impermeabilidad controlada permite la
generación de gradientes a través de ella, lo cual resulta en la compartamentalización de
funciones entre el citoplasma y el organelo.
Sistemas de transporte en la membrana interna:
1. NADH producido por la glucólisis es necesario para la oxidación aeróbica en la
cadena de transporte de electrones.
2. Oxaloacetato, acetil-CoA, precursores de la síntesis citosólica de glucosa y ácidos
grasos.
3. ATP de origen mitocondrial citosol y ADP y Pi mitocondria.
4. Transporte de Pi.
5. Transporte de Ca2+.
6. Transporte de electrones. - Fosforilación oxidativa.
El sistema de membranas consiste de bolsas aplanadas llamadas tilacoides, que se
originan de la membrana interna de la envoltura. Su grado de desarrollo varía, en plantas
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superiores están diferenciados en grana-tilacoides: pilas de tilacoides en forma de
discos, y estroma-tilacoides que atraviesan el estroma entre los grana
interconectándolos.
Cloroplasto
Los cloroplastos son los organelos en donde se realiza la fotosíntesis. Están formados
por un sistema de membranas interno en donde se encuentran ubicados los sitios en que
se realiza cada una de las partes del proceso fotosintético.
En los organismos procariontes fotosintéticos, el proceso se lleva a cabo asociado a
ciertas prolongaciones hacia el interior de la célula de la membrana plasmática.
Los cloroplastos son, por lo general, bastante más grandes que las mitocondrias.
Algunas plantas unicelulares tienen solamente un gran cloroplasto. Sin embargo, la
mayor parte de las células vegetales contienen muchos cloroplastos más pequeños. Aún
así, el cloroplasto ordinario es dos o tres veces más largo y más grueso que una
mitocondria.
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La estructura del cloroplasto parece ser aún más compleja que la mitocondria. El interior
del cloroplasto está formado por muchas finas membranas que van de una pared a otra.
Son las laminillas. En la mayor parte de los tipos de cloroplastos, estas laminillas se
engruesan y oscurecen en algunos puntos, para formar condensaciones oscuras
llamadas gránulos. Las moléculas de clorofila están dentro de los gránulos. Si las
laminillas dentro de los gránulos se observan con el microscopio electrónico, parecen
estar compuestas, a su vez, de diminutas unidades apenas visibles, que asemejan las
baldosas exactamente adaptadas del suelo de un cuarto de baño. Cada uno de estos
objetos puede ser una unidad fotosintetizadora, que contiene de 250 a 300 moléculas de
clorofila.
Los cloroplastos son más difíciles de manejar que las mitocondrias. Cuando se rompen
las células, las mitocondrias pueden aislarse intactas, con relativa facilidad, y después de
un cuidadoso aislamiento, pueden seguir realizando su función. Los cloroplastos son, por
lo visto más frágiles. En 1937 fueron aislados de células rotas, pero no quedaron
suficientemente indemnes para realizar la fotosíntesis.
Sólo en 1954, Daniel J. Arnon, trabajando con células rotas de hojas de espinacas, logró
obtener cloroplastos completamente intactos y capaces de realizar toda la función
fotosintética. El cloroplasto, definitivamente establecido así como unidad fotosintética por
sí misma, contiene en su interior todos los elementos para su fin: no sólo clorofila y
carotenos, sino también enzimas, coenzimas y activadores, todos ellos adecuada y
complicadamente ordenados. Contiene incluso por lo general, asociados a la respiración,
pero presentes en el cloroplasto por ser una razón necesaria y suficiente. (En vista de
todo esto, no es de extrañar que la clorofila no pueda realizar por sí sola toda la
fotosíntesis).
El cloroplasto es menos susceptible de manipulación desde el exterior de la
mitocondria. Las reacciones respiratorias dentro de la mitocondria podrían acelerarse o
retrasarse, añadiendo varios compuestos a la célula de la respiración. De esta manera,
era posible deducir lo que ocurriría dentro de la mitocondria.
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En apariencia, esta técnica no dio resultado, con el mejor aislado cloroplasto. Como
resultado de ello, los bioquímicos establecieron los detalles químicos de la respiración
antes de conseguir hacer lo mismo con la fotosíntesis.
De todo esto se desprende que, al comentar las funciones respiratorias y fotosintéticas
de ciclo del carbono, hemos empleado hasta ahora una amplitud innecesaria al hablar de
"plantas" y de "animales". Sería mejor deducir el objetivo, concentrando la atención en
los orgánulos que realizan efectivamente aquellas funciones en cualquier célula u
organismo que pueda existir.
Actividad de transporte electrónico: observa los esquemas de membranas del tilacoide y
de la mitocondria y ayuda al transporte del electrón a través de los transportadores
electrónicos y observa el destino final en cada membrana, así como los productos o
moléculas generadas por la acción redox
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Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades
Elaboración Mapa Mental
Nombre: __________________________________________________________________ Grupo: _______________________________________ Fecha: _______________________
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ANEXO 6
Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades
Cuestionario Nombre: __________________________________________________________________ Grupo: _______________________________________ Fecha: _______________________
INSTRUCCIONES: Observa los esquemas del Anexo 1 y contesta las siguientes preguntas.
1. ¿A qué proceso pertenece cada esquema? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. ¿Cuáles son los constituyentes de cada modelo? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. ¿Qué tipo de sustancias están constituyendo al modelo? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. ¿Qué estructuras observas? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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5. ¿Para qué sirve cada uno? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. ¿En donde se lleva a cabo el proceso observado? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. ¿Qué sustancias o productos se obtienen a partir de su funcionamiento? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8. ¿Tendrán alguna relación ambos esquemas? _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Todo el material estará en internet en el blog Biología CCH http://biologiacchunam.blogspot.mx/