biología - Editorial Estrada

HUELLAS
HUELLAS
[ 3 ] ES
BIOLOGÍA
Directora editorial: Judith Rasnosky
Jefe de editores: Marcelo Andiñach
Coordinador: Pablo Salomón
Editor: Sebastián Vargas
Autores:
Raúl Alzogaray. Es licenciado y doctor en Biología (UBA). Se
desempeña como profesor asociado en la Maestría en Control
de Plagas y su Impacto Ambiental (Universidad Nacional de San
Martín). Es investigador del CONICET y trabaja en el Centro de
Investigaciones de Plagas e Insecticidas del Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CIPEIN-CITEDEF). Autor de libros de divulgación científica.
Virginia de Francesco. Es licenciada en Ciencias Biológicas
(UBA). Trabaja en temas de conservación en la Defensoría del
Pueblo de la Nación. Docente de la Escuela Argentina de Naturalistas (EAN). Autora de artículos académicos y de divulgación
científica.
Marcela Gleiser. Es licenciada en Ciencias Biológicas (UBA). Docente en el área de Ciencias Naturales en nivel secundario, modalidad presencial y a distancia.
Sofía Martínez. Es licenciada en Ciencias Biológicas (UBA). Posgrado en Comunicación Científica, Médica y Ambiental (Pompeu Fabra, España). Autora de artículos académicos y de divulgación científica. Editora gráfica y revisora de productos de
e-learning, de libros y de manuales para alumnos, guías docentes
y textos académicos relacionados con las Ciencias Naturales.
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Julieta Molinas. Es licenciada en Ciencias Biológicas (UBA). Trabaja en el laboratorio de Neurobiología de la Memoria, Instituto
de Fisiología, Biología y Neurociencias, Departamento de Fisiología y Biología Molecular y Celular (FCEYN-UBA). Docente de
Biología en nivel secundario.
Gabriel Gellon. Es licenciado en Ciencias Biológicas ( UBA) y
doctor en Biología (PhD) en Yale University, en donde trabajó
como investigador. Ex docente en nivel secundario en la Argentina y en Estados Unidos, ha sido creador y director de varios
proyectos educativos relacionados con la ciencia. Ex codirector
de la Diplomatura en Enseñanza de la Ciencia de FLACSO. Actualmente, preside la ONG Expedición Ciencia. Autor de artículos y de libros de divulgación científica.
Diego Golombek. Es licenciado y doctor en Biología (UBA). Profesor titular en la Universidad Nacional de Quilmes (UNQ), donde se desempeña como investigador principal del CONICET. Ha
sido profesor invitado en prestigiosas universidades del mundo.
Autor de artículos y de libros de divulgación científica. Es director de la colección Ciencia que Ladra, de Siglo XXI Editores, y
realiza diversas actividades de divulgación científica en medios
gráficos y televisivos. Es miembro de la Comisión Nacional para
el Mejoramiento de la Enseñanza de las Ciencias y de la Comisión de Educación de la Feria del Libro, y ex presidente de la
Sociedad Argentina de Neurociencias.
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Índice
Para aprovechar este libro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
BLOQUE 1: RESPUESTA AL MEDIO
CAPÍTULO 1. LOS SERES VIVOS
Y SU RELACIÓN CON EL MEDIO . . . . . . . . . . 10
Estudio de caso. ¿Qué es saber?. . . . . . . . . . . . . . . . 11
Los seres vivos como sistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Niveles de organización en los seres vivos. . . . . . . 13
La función de relación en los seres vivos . . . . . . . . . 14
La ruta de la información en el organismo . . . . . 15
Tipos de respuestas en animales . . . . . . . . . . . . . 16
Tipos de respuestas en plantas. . . . . . . . . . . . . . . 17
La función de control en los seres vivos . . . . . . . . . . 18
El control de actividades en los animales . . . . . . 19
El control en las plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Experimentos en papel. ¿Qué parte de una planta
percibe la luz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
La homeostasis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Mecanismos que equilibran el organismo . . . . . .22
Ciencia en acción. Homeostasis y
enfermedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Modelo estímulo-procesamiento-respuesta . . . . . . . . 24
La transmisión de la información en los
organismos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Taller de ciencias. Experimentar con la
homeostasis del cuerpo humano . . . . . . . . . . . . .26
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
CAPÍTULO 2. ESTÍMULOS Y RESPUESTAS DE
LOS ANIMALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Estudio de caso. Olor a hormiga . . . . . . . . . . . . . . . 31
Percepción y respuesta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Los órganos de los sentidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Distintos tipos de receptores . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Estímulos lumínicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
¿Qué ven los animales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Estímulos mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Diversos receptores táctiles . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Estímulos sonoros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Los oídos en los vertebrados . . . . . . . . . . . . . . . .39
Estímulos químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
El olfato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
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Las feromonas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
El gusto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Experimentos en papel. ¿Los quimiorreceptores son
específicos?
Ciencia en acción. Formas de contaminación que
alteran la percepción de los animales. . . . . . . . . . 43
Otros tipos de estímulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
La gravedad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
La electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
La temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
El campo magnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Experimentos en papel. ¿las palomas perciben el
campo magnético terrestre? . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Taller de ciencias. ¿Las vacas se alinean según
el campo magnético de la tierra? . . . . . . . . . . . . .46
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
CAPÍTULO 3. ESTÍMULOS Y RESPUESTAS
DE LAS PLANTAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Estudio de caso. Contando horas de frío . . . . . . . . 51
La captación de los estímulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Variedad de estímulos y receptores. . . . . . . . . . . 52
Variedad de respuestas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Tipos de movimientos en las plantas. . . . . . . . . . . . . . . 54
Los estímulos lumínicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
El fototropismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
El heliotropismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
La nictinastia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
La fotoperiodicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Experimentos en papel. ¿La floración de la soja
depende del momento en que se siembra
la semilla?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
El fitocromo y las respuestas
a la fotoperiodicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
La temperatura como estímulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Ciencia en acción. Los ritmos circadianos . . . . . . 59
Los estímulos mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
El tigmotropismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
La tigmonastia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
El agua y otras sustancias como estímulos . . . . . . . . . 62
El hidrotropismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
La hidronastia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63
Los estímulos químicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
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La gravedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Taller de ciencias. ¿Los fotorreceptores de las
plantas captan cualquier tipo de luz? . . . . . . . . . .66
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
CAPÍTULO 4. PERCEPCIÓN Y RESPUESTA EN
LOS ANIMALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Estudio de caso. Los porqués de la belleza . . . . . . 71
El comportamiento animal como respuesta . . . . . . . 72
Organización del comportamiento . . . . . . . . . . .72
Instinto y aprendizaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
Los comportamientos innatos. . . . . . . . . . . . . . . .73
Los comportamientos adquiridos. . . . . . . . . . . . . 74
Tipos de aprendizaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Habituación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Experimentos en papel. ¿Cómo hallan sus nidos
las avispas?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Condicionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Discernimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Conductas innatas que se modifican
con la experiencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
La comunicación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Comunicación visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Comunicación sonora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Comunicación por mensajes químicos. . . . . . . . .79
La competencia y el comportamiento . . . . . . . . . . . 80
Comportamiento antagónico . . . . . . . . . . . . . . . .80
Exhibiciones simbólicas o rituales . . . . . . . . . . . . .80
Territorialidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Jerarquía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Comportamiento y apareamiento . . . . . . . . . . . . . . . 82
Señales de cortejo y apareamiento . . . . . . . . . . .82
Cortejo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Comunicación entre especies . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Sociedades animales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Ventajas y desventajas de vivir en grupo. . . . . . .84
¿Gregarios o sociales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
La evolución del comportamiento . . . . . . . . . . . . . . . 86
Selección natural y comportamiento . . . . . . . . . .86
Altruismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
Taller de ciencias. Cortejo y selección de pareja en
palomas domésticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
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El viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Konrad Lorenz. Ahí viene ¨papá pato¨ . . . . . . 92
CAPÍTULO 5. PERCEPCIÓN Y RESPUESTA
A NIVEL CELULAR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Estudio de caso. Antenas moleculares . . . . . . . . . . 95
Las respuestas celulares frente al ambiente. . . . . . . 96
Los estafilococos y la penicilina . . . . . . . . . . . . . . .97
Experimentos en papel. ¿El hongo Penicillium
notatum inhibe el desarrollo de estafilococos? . . . .97
La membrana plasmática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Las funciones de las proteínas en la membrana. . .99
Experimentos en papel. ¿Las proteínas de la
membrana plasmática se pueden mover? . . . . . .99
El pasaje de sustancias a través
de la membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
La concentración y el transporte a través
de la membrana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
Las proteínas de la membrana y la
percepción de los mensajes. . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Los receptores intracelulares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Las señales agonistas y antagonistas. . . . . . . . . .102
Ciencia en acción. Tratamiento del cáncer
de mama con antagonistas hormonales . . . . . .103
Transducción de señales y generación
de respuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
Diversos casos de transducción de la señal . . .104
Receptores y respuesta inmunológica . . . . . . . .105
Las glicoproteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
La comunicación entre las células . . . . . . . . . . . . . . 106
Estructuras de unión intercelular
y la comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Taller de ciencias. Construcción de modelos
sobre el funcionamiento de los receptores. . . .108
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
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Índice
BLOQUE 2: REGULACIÓN E INTEGRACIÓN
DE FUNCIONES
CAPÍTULO 6. EL SISTEMA NERVIOSO. . . . . . . 112
Estudio de caso. Juegos mentales. . . . . . . . . . . . . . 113
Recepción y respuesta a estímulos . . . . . . . . . . . 114
Funciones del sistema nervioso. . . . . . . . . . . . . . 114
El sistema de entrada: los receptores . . . . . . . . 115
Simetría y cefalización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Variedad de estructuras del sistema nervioso . . 116
Redes, ganglios, cerebros y cefalización. . . . . . . 116
Estructuras sensoriales en los animales . . . . . . . 117
El sistema nervioso en los seres humanos. . . . . . 118
La neurona: unidad estructural y funcional
del sistema nervioso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Tipos de neuronas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Las células gliales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Sistema nervioso y electricidad . . . . . . . . . . . . . 120
El potencial de acción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
La sinapsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Experimentos en papel. ¿Cómo se transmite
la información de una neurona a la otra?. . . . . . 121
Tipos de sinapsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
El sistema nervioso central. . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
El encéfalo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
La médula espinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Los actos reflejo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
La representación del mundo
y los actos voluntarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
El sistema nervioso periférico . . . . . . . . . . . . . . . 126
El sistema nervioso somático y las acciones
voluntarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
El sistema nervioso autónomo y las acciones
involuntarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Las funciones superiores del cerebro:
aprendizaje y memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Experimentos en papel. Pavlov y el aprendizaje
asociativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Enfermedades del sistema nervioso. . . . . . . . . . 129
Un hombre “atrapado en el tiempo”. . . . . . . . . 129
Las drogas y el sistema nervioso. . . . . . . . . . . . . 130
Efectos del alcohol y del tabaco . . . . . . . . . . . . . 130
Ciencia en acción. Cerebros biotecnológicos . . 131
Taller de ciencias. Calcular el tiempo
de reacción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
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CAPÍTULO 7. EL SISTEMA ENDOCRINO Y EL
CONTROL HORMONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Estudio de caso. Metamorfosis sexuales. . . . . . . . 137
El sistema endocrino y el control hormonal
en los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Las hormonas: los comunicadores
del sistema endocrino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Hormonas en animales y en vegetales. . . . . . . . 139
El sistema endocrino y las hormonas
en los seres humanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Clasificación química de las hormonas. . . . . . . .140
Mecanismos de acción de las hormonas . . . . . . 141
La especificidad hormonal: el modelo
llave-cerradura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Las glándulas endocrinas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Regulación del sistema endocrino . . . . . . . . . . . 143
La hipófisis: la “glándula maestra” . . . . . . . . . . . 144
Distribución de tareas entre las hormonas
de la hipófisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
Oxitocina: control neuroendocrino
durante la lactancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
Las hormonas durante la adolescencia:
crecimiento y maduración sexual . . . . . . . . . . 146
Ciencia en acción. El “estirón” de Messi
y la terapia hormonal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
El páncreas y la regulación de la glucemia . . . 148
El control de los niveles de glucosa . . . . . . . . . .148
La diabetes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Experimentos en papel. ¿Regula el páncreas
el nivel de glucosa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
El equilibrio y los procesos homeostáticos . . . . . 150
La osmorregulación como ejemplo
de sistema homeostático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Eje hipotalámo-hipofisario: el control
neuroendocrino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
El rol de la neurohipófisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Respuesta ante el estrés: integración
neuroendocrina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Taller de ciencias. ¿De qué manera se restaura
la homeostasis luego del ejercicio intenso? . . . .154
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
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El viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Bernardo Houssay. La ciencia de trabajar
por la patria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
CAPÍTULO 8. LAS PROTEÍNAS . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Estudio de caso. La falla más pequeña . . . . . . . . . 161
Las proteínas en los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
Funciones de las proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Las enzimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Las enzimas y la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
La acción de las enzimas se relaciona
con otras proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Ciencia en acción. Las enzimas en la industria .165
Los aminoácidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
Las proteínas son polímeros de secuencia . . . . . . 167
La estructura de las proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Clasificación de las proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Según la morfología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Según la composición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Estructura y función de las proteínas . . . . . . . . . . . . 170
Experimentos en papel. ¿Cómo se modifica
la acción de las enzimas con la temperatura
y con la acidez?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Desnaturalización e hidrólisis de las proteínas . . . 171
Síntesis de proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Relación entre el plegamiento de las proteínas
sintetizadas y la secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Taller de ciencias. Experimentar con la
estructura de las proteínas . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Experimentos en papel. ¿Es posible que un ARN
formado por un solo tipo de bases dé lugar
a la síntesis de distintos polímeros de
aminoácidos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
La síntesis de proteínas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
La síntesis paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
El concepto de gen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Genotipo y fenotipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
Las mutaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Los genomas y su lectura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
El genoma humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
El ADN y sus aplicaciones forenses . . . . . . . . . . . 194
Ciencia en acción. ADN e identidad: el caso
de las Abuelas de Plaza de Mayo . . . . . . . . . . . . 195
La biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
La ingeniería genética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Taller de ciencias. Instrucciones para ver
a simple vista el ADN propio . . . . . . . . . . . . . . .198
Propuesta de actividades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
El viajero del tiempo, por Diego Golombek.
James Watson y Francis Crick. El secreto de
la vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
El viajero del tiempo, por Diego Golombek.
Rosalind Franklin. La mujer que “fotografió”
el ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
CAPÍTULO 9. EL ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Estudio de caso. El caso de la mujer maquillada
como Paul Stanley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179
El modelo de Watson y Crick . . . . . . . . . . . . . . . 180
Estructura del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Replicación del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Estructura y funciones del ARN . . . . . . . . . . . . . . 184
El código genético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
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