Guia de Aprendizaje Biomoleculas y Agua Bioquimica 2013

8/16/2019 Guia de Aprendizaje Biomoleculas y Agua Bioquimica 2013

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GUÍA DE APRENDIZAJE Nº1: BIOMOLÉCULAS Y AGUA

Docente: Bra!"o Contrera# $r"%o Conce&c"'n( )!"o *e +,1-

O.)et"/o E#&ec0"co *e A&ren*"2a)e:

Repasar ciertos conceptos de química y biología y orientarlos a la bioquímica,

con relevancia en las características y propiedades de las moléculas de

importancia biológica y ciertos procesos en los que participan.

Conten"*o *e !a G0a:

1) Principales bioelementos y biomoléculas que intervienen en los procesosmetabólicos.2) Propiedades fisicoquímicas del agua en los seres vivos.) !mportancia de la "ioquímica en salud.

Conce&to# n*a3enta!e#:

"iomoléculas# $arbo%idratos, proteínas, lípidos y &cidos nucleicos.$aracterísticas y propiedades del agua.

Conte4ta!"2ac"'n *e! o !o# conce&to#:

'l estudio de las biomoléculas y su participación en los procesos biológicos son

relevantes para comprender tanto las situaciones fisiológicas como patológicas

por lo que es muy importante que los estudiantes de enfermería puedan

mane(ar dic%os conceptos considerando las asignaturas que siguen en la malla

curricular de la carrera.

De#arro!!o *e !a G0a

!.!dentificación, definición, conte*tuali+ación y desarrollo de conceptos claves.

!!. plicación de los conceptos.

!!!. "ibliografía.

!-. '(ercicios.


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I56I*ent""cac"'n( *e"n"c"'n( conte4ta!"2ac"'n 7 *e#arro!!o *e

conce&to# c!a/e#

'l estudio de la "ioquímica se basa en estructuras moleculares que participan

en procesos que se desarrollan a nivel biológico, es decir es relevante conocer

la estructura de moléculas de importancia biológica proteínas, carbo%idratos,

lípidos, &cidos nucleicos, vitaminas y electrolitos), ya que la función de las

moléculas depende de sus estructuras, no obstante dic%as funciones se veninfluidas por ciertos factores del medio, tales como el p/, la temperatura y la

fuer+a iónica. 0ic%as biomoléculas permiten en forma individual o en su

con(unto la reali+ación de reacciones químicas al interior de células y en fluidos

biológicos. 'stas reacciones químicas generan la degradación o síntesis de

moléculas que forman las estructuras celulares con participación de energía, lo

que posibilita que las células lleven a cabo sus procesos y que los te(idos y

sistemas traba(en coordinadamente para el desarrollo normal de un individuo.

'l conocimiento de dic%os procesos permite comprender los fenómenos

relacionados con la nutrición, el metabolismo, la e*presión de genes y los

mecanismos de patogénesis que en su con(unto permiten aplicarlos a nivel de

salud, es decir reali+ar diagnósticos y seguimientos de terapias individuales o

poblacionales.

as células son la unidad b&sica de todo organismo vivo y la mayoría de ellas

est& constituida por tres partes# embranas, citoplasma y n3cleo. 4igura 561)


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8"%ra Nº1# 'squema de una célula animal.

Me3.rana# ."o!'%"ca#:

$orresponden a estructuras formadas por fosfolípidos, proteínas integrales o

periféricas) y carbo%idratos. a función de las membranas biológicas es

separar compartimentos, ya se considerando el interior con el e*terior de la

célula y en el mismo interior celular, ya que las membranas que allí seencuentran est&n formadas de la misma manera y permite la formación de

7microambientes8 intracelulares que posibilita el desarrollo de procesos

específicos en cada uno de ellos. 4igura 562)

8"%ra Nº+#

'squema de una

membrana biológica.


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os fosfolípidos est&n constituidos por una molécula de glicerol, dos moléculas

de &cidos grasos que pueden ser iguales o diferentes y un grupo fosfato.

9licerol# $orresponde a un triol propanotriol) por lo que posee polos que se

generan por la diferencia de electronegatividad entre los &tomos de carbono,

o*ígeno e %idrógeno que forman los grupos alco%ólicos. 4igura 56)

8"%ra Nº-# 'structura del glicerol.

:cidos grasos# ;on moléculas alif&ticas de varios &tomos de carbono y en un

e*tremo poseen un grupo funcional de &cido carbo*ílico, que le permite tener

una cierta polaridad. 'l resto de la cadena alif&tica es apolar ya que posee solo

enlaces covalentes carbonocarbono, ya sea simples o dobles, estos 3ltimos

puedes ser m3ltiples en un &cido graso. 0os &cidos grasos esterifican dos

grupos funcionales alco%ólicos del glicerol. 4igura 56


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8"%ra Nº9# 'structura de &cidos grasos. ;e destaca las cabe+as polares y las

+onas apolares.

9rupo fosfato P=


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8"%ra Nº;# 'squemas de nucleótidos y @P

os fosfolípidos poseen una cabe+a polar %idrofílicas) y dos colas apolares

%idrofóbicas). a cabe+a polar est& formada por el grupo fosfato, el glicerol y

los dos grupos ésteres formados por los grupos carbo*ílicos y dos de los tres

grupos alco%ólicos del glicerol. @iene la característica polar porque e*istediferencia de electronegatividad entre los &tomos que forman toda esta

estructura, lo que genera diferencia de cargas entre los &tomos debido a la

atracción de los electrones de los enlaces covalentes polares por parte de los

&tomos m&s electronegativos, esta situación e*plica la afinidad de la cabe+a

polar de los fosfolípidos con el agua, ya que el agua es una molécula polar

posee diferencia de electronegatividad entre sus &tomos) y puede formar

puentes de %idrógeno. 'n cambio las colas apolares de los fosfolípidos no

poseen polos por lo que repelen el agua son %idrofóbicas). 'sta característica

de los fosfolípidos de poseer una parte polar y otra apolar en su estructura

permite formar bicapas, ubicando en su e*terior las cabe+as polares y en su

interior las colas apolares. 4igura 56D)


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8"%ra Nº


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potasio, cloruro), vitaminas %idrosolubles &cido ascórbico), carbo%idratos

glucosa). 4igura 56H)

8"%ra Nº=# as moléculas pequeGas y sin cargas atraviesan las membranas

biológicas, las moléculas grandes yIo con cargas no la atraviesan.

8"%ra Nº># 'squema que muestra los procesos de difusión simple y facilitada

y los transportes pasivo y activo.

-arias %ormonas son proteicas, es decir est&n formadas principalmente por

amino&cidos, eso implica que son moléculas grandes y con muc%as cargas

dependiendo de la disociación de las cadenas laterales de los amino&cidos que

las forman, por ello no pueden atravesar las membranas biológicas y para


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e(ercer su efecto sobre las células donde act3an célula blanco) deben unirse a

una proteína integral de membrana que es un receptor, no un transportador,

las %ormonas proteicas no entran a la célula sino que se une a la parte e*terior

de sus receptores específicos dominio e*tracelular), esa unión %ormona

receptor genera un cambio conformacional en el receptor, un cambio físico,

tridimensional, que permite activar la parte que da al interior de la célula del

receptor dominio citosólico). 'sta parte activada, posibilita la activación de

una serie de moléculas al interior de la célula generando una cascada de

reacciones químicas muc%as de ellas catali+adas por en+imas, lo que permiteamplificar la seGal %ormonal generando un efecto en la célula, que puede ser

muy variado, dependiendo de la %ormona y la célula involucrada, por e(emplo

apertura o cierre de una transportador específico, e*presión de ciertos genes,

etc. @odo este proceso se denomina transducción de seGales y corresponde a

un mecanismo de acción que emplea una molécula que no es soluble, no

atraviesa, las membranas citoplasm&ticas y requiere un receptor de superficie

celular que recono+ca a la molécula y varias moléculas que se activan a nivel

intracelular logrando un efecto en dic%a célula. Jn e(emplo de este sistema es

la forma de actuar de la insulina.

C"to&!a#3a:

Parte de una célula que est& limitada por la membrana citoplasm&tica. 'n él se

encuentran los organelos que son estructuras responsables de variados

procesos importantes para la célula. a función del citoplasma es aportar los

ambientes necesarios para que dic%os procesos se desarrollen en forma

natural, en él se encuentran disueltas varias moléculas debido a su alto

contenido de agua y se generan 7microambientes8 que poseen condiciones

levemente diferentes unos de otros, y así permitir que ciertos procesos se

desarrollen en lugares diferentes en el interior de la célula. 'l citoplasma es

una estructura muy organi+ada, de tal manera que la ubicación de las


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moléculas y su traspaso a través de las membranas internas de la célula

permiten que los procesos normales se desenvuelvan cuando son requeridos.

N?c!eo:

's un organelo, una estructura formada por una membrana que la limita y en

su interior contiene el material genético de las células. 'n él ocurren los

eventos relacionados con la e*presión de genes específicos seg3n el tipo

celular, la maduración de los tipos de R5 para la posterior formación de las

proteínas en el citoplasma y la duplicación del material genético en el período; del ciclo celular antes de la mitosis. 'n el ser %umano los eritrocitos

glóbulos ro(os o %ematíes) no poseen n3cleo, lo pierden en el período de

maduración para disponer de mayor espacio y así albergar mayor cantidad de

/emoglobina, la proteína responsable del transporte de gases a nivel

sanguíneo.

En!ace# @03"co# *e "3&ortanc"a ."o!'%"ca:

l interior de las células y en los fluidos biológicos e*isten muc%as

interacciones entre diversas moléculas, estas interacciones por e(emplo

permiten que se formen estructuras mayores organelos), que se trasladen a

través de la sangre moléculas no solubles en agua los lípidos unidos a las

lipoproteínas, algunos f&rmacos unidos a la alb3mina). as interacciones se

desarrollan entre &tomos y grupos funcionales mediante enlaces covalentes y

fuer+as intermoleculares principalmente.

En!ace co/a!ente: $orresponde a una unión entre dos &tomos que se

caracteri+a porque dic%os &tomos comparten los electrones del enlace,

aportando cada &tomo un electrón por cada enlace. 'stos enlaces son fuertes

por lo que se requiere de una buena cantidad de energía para formarlos, pero

liberan dic%a energía cuando se rompen y eso es lo que se aprovec%a desde el


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punto de vista energético en el metabolismo celular. '*isten dos tipos# 4igura

561E)

• 'nlace covalente polar# 'n este enlace los electrones se comparten en

forma desigual ya que uno de los &tomos que forman el enlace es m&s

electronegativo que el otro, por lo que atrae los electrones %acia su

n3cleo, eso implica que se generan polos, positivos y negativos.

• 'nlace covalente apolar# os electrones en este enlace se comparten en

forma igualitaria ya que no e*iste diferencia de electronegatividad entre

los &tomos que lo forman, por lo tanto este enlace no tiene polos.

8"%ra Nº1,# '(emplos de moléculas apolares y polares.

8er2a# e!ectro#tt"ca#: 4uer+as que se presentan por diferencia de cargas

entre partes o la totalidad de las moléculas. ;on enlaces débiles. 4igura 5611)

8"%ra Nº11# !nteracciones electrost&ticas entre moléculas.


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Pente *e "*r'%eno: 4uer+a que se genera entre un &tomo de %idrógeno de

una molécula y un &tomo electronegativo de otra molécula. ;on enlaces

débiles pero relevantes por e(emplo para mantener las dos cadenas del 05

(untas, las tres subunidades del col&geno entrela+adas. 4igura 5612)

8"%ra Nº1+# 4ormación del puente de %idrógeno.

Pro&"e*a*e# "#"co@03"ca# *e! a%a a n"/e! ."o!'%"co:

'l agua es una molécula polar por diferencia de electronegatividad entre sus

&tomos, esto genera un polo negativo alrededor del &tomo de o*ígeno y un

polo positivo alrededor de cada &tomo de %idrógeno. dem&s posee dos

&tomos de %idrógeno por lo que el agua puede formar puentes de %idrógeno

con moléculas biológicas que poseen &tomos electronegativos, por e(emplo los

amino&cidos de las proteínas. Por estas características el agua puede disolver

la mayoría de los compuestos, incluso los org&nicos que poseen grupos

funcionales polares. 4igura 561)


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8"%ra Nº1-# $aracterística dipolar de la molécula de agua y la formación de

puentes %idrógeno entre moléculas de agua.

os compuestos iónicos est&n formados por &tomos o grupos de &tomos que al

disociarse en agua forman iones &tomos o moléculas con carga positiva o

negativa). 'ste tipo de compuestos son solubles en agua porque sus iones

interact3an con el agua mediante diferencia de cargas# os iones positivos

cationes) interact3an con el agua a través del &tomo de o*ígeno que posee

carga negativa y los iones negativos aniones) lo %acen a través de los &tomos

de %idrógeno del agua. '(emplo# $loruro de sodio, 5a$l. 4igura 561


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Para que ocurran los procesos al interior de la célula es necesario que se

mantengan estables ciertas condiciones en su interior, una de esas condiciones

es el p/. os &cidos y bases débiles generan soluciones tampones, es decir

permiten mantener estable el p/ dentro de cierto rango. Por e(emplo los

procesos metabólicos dependen de la actividad de las en+imas la mayoría son

proteínas), estos procesos pueden ser alterados por cambios leves del p/ en el

lugar intracelular que se considere. 'l cambio de p/ genera disociación a

asociación de iones %idrógeno protones) de los grupos funcionales ioni+ables,por e(emplo los grupos carbo*ílicos y aminos de los amino&cidos que forman

las proteínas 4igura 561?). 'stas disociaciones o asociaciones de protones de

los grupos funcionales generan cambios en las cargas de estos grupos

funcionales, que provocan modificaciones en las interacciones entre ellos y por

lo tanto variación de las estructuras de las moléculas, lo que implica que una

biomolécula podría de(ar de reali+ar su función biológica, entonces la variación

del p/ con respecto a su valor normal puede generar que algunas moléculas de

importancia biológica pierdan su función y por lo tanto llevar a una situación

patológica, ya que ciertos procesos pueden de(ar de reali+arse. Por lo tanto es

muy relevante mantener estable el p/ y esta función es desarrollada por los

&cidos y las bases débiles de importancia biológica.

8"%ra Nº1# 'squema de un amino&cido.


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I3&ortanc"a *e !a B"o@03"ca en !a Sa!*:

a comprensión de las estructuras y propiedades de las biomoléculas y los

procesos en los que ellas participan permiten reali+ar an&lisis y e*trapolaciones

de situaciones tanto fisiológicas como patológicas. Jna correcta nutrición en

función de la edad y el gasto energético es clave para el desarrollo de un

individuo, para lograr tal comprensión se debe conocer las moléculas y los

procesos que permiten el mane(o adecuado de la energía tanto para suobtención, como para su utili+ación para lograr la formación de moléculas y

estructuras propias de cada célula y por ende de te(idos, sistemas y del

organismo completo. Por ese motivo es que varias moléculas de importancia

biológica son determinadas a nivel de laboratorios clínicos para evaluar el

estado de alg3n órgano específico, de un sistema o de un proceso. Para cada

analito compuesto al cual se determina su concentración en alg3n fluido

biológico) e*isten rangos de referencia, que corresponden a valores

cuantitativos de concentraciones del analito en dic%o fluido, que generalmente

poseen un valor mínimo y un valor m&*imo y ayudan a determinar una

condición normal o patológica, por lo que son %erramientas de diagnóstico y de

seguimiento de terapias. 4igura 561A)

8"%ra Nº1;# 'l an&lisis de varias moléculas de importancia clínica en fluidos

biológicos se reali+a mediante técnicas espectrofotométricas en los laboratorios

clínicos.


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II56 A&!"cac"'n *e !o# conce&to#

Jn e(emplo del sistema de transducción de seGales es la forma de actuar de la

insulina, que es una %ormona proteica %ipoglicemiante de seis subunidades

sinteti+ada en las células beta del p&ncreas cuando la glicemia aumenta

glicemia# $oncentración de glucosa en la sangre). 'n esa condición el

p&ncreas secreta insulina que se transporta por la sangre a todas partes del

organismo y posibilita la entrada de la glucosa a la mayoría de las células delorganismo. ;u mecanismo de acción es a través de transducción de seGales,

ya que las células poseen un receptor de superficie celular que reconoce a la

insulina y se une a ella, esto genera una activación de la parte citosólica del

receptor, que en este caso tiene actividad catalítica, lo que permite la

conversión de un sustrato a un producto que a su ve+ activa a otra molécula y

así sucesivamente generando una reacción en cascada cuyo fin es activar a

otra proteína que es un transportador de glucosa 9J@), que permite la

entrada de este monosac&rido a la célula %aciendo disminuir la glicemia.

4igura 561D)

8"%ra Nº1


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E)e3&!o# *e a&!"cac"'n c!0n"ca *e !o# conce&to#:

1 S0nto3a# *e n &ac"ente *"a.t"co:

a medición de la concentración de glucosa en la sangre glicemia) o en la

orina glucosuria) permite reali+ar evaluaciones del estado metabólico de los

carbo%idratos en general de un paciente. Jna persona que posea diabetes,

cuya característica principal es la %iperglicemia, deber& reali+arse un

diagnóstico de su condición y luego utili+ar un tratamiento que generalmente

se centra en una alimentación adecuada y apoyo farmacológico. os pacientesdiabéticos que desconocen su condición generalmente presentan algunos

síntomas inespecíficos# Polifagia, poliuria, polidipsia. 4igura 561F)

8"%ra Nº1=# os pacientes diabéticos no controlados pueden presentar

polidipsia, poliuria y polifagia.

Po!"a%"a# umento de la sensación de %ambre. 'n un paciente diabético se

debe a que, como la glucosa se mantiene en la sangre %iperglicemia) y por lo

tanto no entra a las células, estas necesitan energía, por lo que el sistema

nervioso central interpreta que no e*iste suficiente aporte energético

estimulando el consumo de alimento en la persona.

Po!"r"a# umento del volumen de orina. ;i e*iste una concentración alta de

glucosa en la sangre esta llevar& a que moléculas de glucosa puedan ser

filtradas a nivel renal y llegar en alta concentración a la orina. $omo la glucosa

es un monosac&rido %idrato de carbono), por lo tanto químicamente es un


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poliol, puede formar puentes de %idrógeno con el agua, eso implica que cada

molécula de glucosa se rodea de una capa de moléculas de agua que arrastra

%acia la orina, provocando un aumento de su volumen.

Po!"*""a# umento de la sensación de sed. Jn paciente diabético no

controlado puede presentar poliuria, por lo que tendr& un grado de

des%idratación en su cuerpo, que llevar& a aumenta la necesidad de incorporar

líquidos a su organismo.

+ $rata3"ento ar3aco!'%"co *e !a *"a.ete#:

Para el tratamiento farmacológico de la diabetes se utili+a algunos

medicamentos tales como metformina o glibenclamida.

'l mecanismo de acción de la metformina es disminuir un proceso metabólico

que permite la formación de glucosa a partir de moléculas que no son

carbo%idratos a nivel %ep&tico, llamado gluconoegénesis. $omo el %ígado es el

3nico órgano que e*porta glucosa %acia la sangre, con este medicamento el

%ígado tendr& menos glucosa disponible para liberar a la sangre y estimular la

disminución de la %iperglicemia en una paciente diabético. a metformina

adem&s, estimula la utili+ación de glucosa en los m3sculos y en el te(ido

adiposo que contribuyen a llegar a valores menores de glicemia. 4igura 561H)

8"%ra Nº1># 'structura de clor%idrato de metformina.


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a glibenclamida se clasifica como una sulfonilurea y estimula la secreción de

insulina en las células beta del p&ncreas y disminuye la degradación del

glucógeno en el %ígado. 'l glucógeno es un polisac&rido de glucosa que se

acumula en el %ígado y en los m3sculos como reserva de glucosa para obtener

energía en su metabolismo, si se disminuye su degradación %ep&tica, %abr&

menos glucosa libre en el %ígado por lo que se e*cretar& menos %acia la sangre

%aciendo disminuir la glicemia. a glibenclamida también provoca la

disminución de la gluconeogénesis %ep&tica.

- $rata3"ento *e "&erco!e#tero!e3"a:

'n el tratamiento de la %ipercolesterolemia aumento de la concentración de

colesterol en la sangre) se emplea medicamentos denominados estatinas

lovastatina, simvastatina), cuyo mecanismo de acción es la in%ibición de la

en+ima clave en la síntesis de colesterol, provocando una menor producción

endógena de esta biomolécula y por lo tanto evitando trastornos derivados de

esta situación, disminuyendo el riesgo cardiovascular.


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III56 B".!"o%ra0a:

at%eKs, $. >. y -an /olde, >. '. 7"ioquímica8. L 'dición. 'ditorial Pearson.'spaGa. 2EE2.

"erg, @ymoc+Mo N ;tryer. 7"ioquímica8. L 'dición, 'ditorial Reverté, ;..'spaGa. 2EED.

5elson, 0.., $o*, .# 7Principios de "ioquímica de e%ninger8.


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I56 E)erc"c"o#:

1. '*plique el concepto de biopolímeros.

2. OPor qué el agua puede disolver la mayoría de los compuestos

. $onsidere los &cidos nucleicos, las proteínas, los carbo%idratos, los lípidos yresponda las siguientes preguntas para cada biomolécula#

$aracterísticas4unciones@iposJbicación celular


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(erarquías 7organi+acionales8 o de poder. os mapas conceptuales son

diagramas de (erarquías conceptuales y permiten la negociación de significadoso de relaciones significativas.

Con#"*erac"one# &ara !a "3&!e3entac"'n#

1. 0efina cada concepto involucrado en el mapa a reali+ar. a definición debeincluir tres aspectos para cada concepto#

• $lasificación•

$aracteri+ación• 4uncionalidad

Por e(emplo# glucosa#

• $lasificación# "iomolécula.• $aracteri+ación# /idrato de carbono, monosac&rido, poliol, polar.• 4uncionalidad# 4uente de energía, estructural, puede formar

polímeros glucógeno, almidón).

2. !dentifique los conceptos claves del contenido que va a 7mapear8 ypóngalos en una lista. imite el n3mero de conceptos entre D y 12.

. Relaciones los conceptos formando proposiciones con ellos. os conceptosm&s repetidos formar&n un e(e (er&rquico en el diagrama.


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D. medida que cambia su comprensión de las relaciones entre los conceptos,

el mapa también cambia refle(a la comprensión conceptual de quien %aceel mapa en el momento en el que lo %ace).

F. $omparta el mapa conceptual con sus compaGerosas) y e*amine losmapas de ellos. clare significados. Pregunte significados.

H. Reelabore el mapa, agregando las ideas consensuadas.

!ndicaciones para elaborar el mapa conceptual#• @raba(ar en forma grupal de < estudiantes.

• !ndicar los nombres de loslas) integrantes.

• 'ntregar el mapa conceptual impreso alla) docente en la fec%a que elella)estipule.

• Jtili+ar to*o# los conceptos siguientes 7 no "ncor&orar otros adicionales.

1.

Proteínas

2. 05

.

$élula

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