Plan de clase de expresión génica con simulación
Actualizado el 2026-10-02
Este plan de clase de expresión génica usa una simulación gratuita para hacer concreto el paso del ADN a la proteína. Los estudiantes escriben a mano el ARNm de un gen corto, ven cómo la ARN polimerasa lo construye base a base y siguen después al ribosoma codón a codón hasta un codón de terminación. Luego cambian bases sueltas y comprueban qué mutaciones importan. Tienes objetivos de aprendizaje, preparación, predicciones, una secuencia paso a paso con las secuencias que deberían ver los estudiantes, un conjunto de cinco preguntas para el enlace de la clase, una ampliación sobre regulación e ideas de atención a la diversidad. Cada codón y cada aminoácido de abajo se ha comprobado con el propio modelo de la simulación.
La clase de un vistazo
- Nivel: grados 9–12 (14–18 años).
- Duración: una sesión de 60 minutos, o dos sesiones de 40 minutos con la ampliación.
- Conocimientos previos: estructura del ADN y apareamiento de bases (A–T, G–C); que las proteínas son cadenas de aminoácidos.
- Formato: parejas con portátiles o tabletas, o toda la clase con un proyector. Las filas de secuencias se leen mejor en una pantalla ancha.
- Simulación: Transcripción, traducción y mutaciones puntuales. Ampliación: Expresión génica – transcripción, traducción y regulación.
Objetivos de aprendizaje
Al terminar la clase, los estudiantes pueden:
- Escribir el ARNm producido a partir de una hebra molde, usando U en lugar de T.
- Usar la tabla del código genético para traducir el ARNm desde el codón de inicio hasta un codón de terminación.
- Explicar las funciones de la ARN polimerasa, el ribosoma y el ARNt.
- Clasificar una mutación puntual como silenciosa, de cambio de sentido, sin sentido o de corrimiento del marco, y explicar su efecto en la proteína.
- (Ampliación) Describir cómo los factores de transcripción activan o desactivan un gen.
Qué hace la simulación
El gen por defecto es una hebra molde de 18 bases, leída 3'→5': TAC AAA GGC TTA CCG ACT. La pantalla muestra cuatro filas: la hebra molde, la hebra complementaria, el ARNm (5'→3') y el polipéptido. Debajo está la tabla completa del código genético, y el codón que se está leyendo se ilumina.
Con Automático activado (el valor por defecto), la simulación avanza un paso cada 0,45 segundos: 18 pasos de transcripción y luego 6 de traducción, unos 11 segundos en total. Desactiva Automático y usa Siguiente paso para ir a tu ritmo. La lectura narra cada paso:
- "Listo: el gen tiene 18 nucleótidos (6 codones)"
- "Transcripción: nucleótido 1/18 — molde T → ARNm A"
- "Traducción: codón 1/6 — AUG → Met (inicio)"
Durante la traducción, la imagen muestra el ribosoma sobre el ARNm y el anticodón del ARNt, por ejemplo "anticodón 3'-UAC-5'" para AUG. El resultado es Met–Phe–Pro–Asn–Gly, y luego el codón de terminación UGA: "completo: 5 aminoácidos".
Mutaciones: al hacer clic en cualquier base de la hebra molde se sustituye. Cada clic pasa a la base siguiente, en el orden A, T, G, C, saltándose la original. Aparece una fila adicional, "Original (sin mutación)", para comparar, los aminoácidos cambiados se resaltan y una línea inferior nombra el tipo de mutación. Las inserciones y las deleciones se fijan en el panel de valores iniciales bajo la simulación: Mutación, Posición de la mutación en la hebra molde y Nucleótido sustituido / insertado.
Dos detalles del modelo que conviene conocer:
- La traducción empieza en el primer AUG de cualquier parte del ARNm. Si una mutación destruye el codón de inicio, el ribosoma encuentra el siguiente AUG, incluso fuera de marco.
- En el codón de terminación, la imagen sigue mostrando una caja de anticodón. En una célula, ningún ARNt lee un codón de terminación; un factor de liberación pone fin a la traducción. Una buena corrección que pueden detectar los estudiantes más fuertes.
Materiales y preparación antes de la clase
Materiales: un dispositivo por pareja (o un proyector), una tabla de codones impresa para el paso manuscrito y las tablas de registro de abajo.
Preparación (10 minutos, una sola vez):
- Abre la simulación. Los valores por defecto son el gen de arriba, sin mutación y con Automático activado.
- Desactiva Avance automático paso a paso en los valores iniciales, para que el gen espere en "Listo" en lugar de ejecutarse en cuanto se abre la página. Después haz clic en Compartir y crea un enlace para cada clase, por ejemplo "Biología · Grupo 5". El enlace guarda estos valores iniciales.
- Crea un segundo enlace llamado "Gen sin sentido" y pon Hebra molde del gen en TACAAAGGCATACCGACT (el paso 6 lo usa).
- Opcional: en la pestaña Preguntas, introduce el conjunto de preguntas de abajo y adjúntalo al primer enlace.
- Publica los enlaces, o abre el primero en modo Presentar y muestra el código QR.
Secuencia de la clase
1. Gancho y predicciones (7 minutos)
Pregunta: "Todas tus células tienen el mismo ADN. Aun así, una célula muscular y una célula de la piel fabrican proteínas distintas. ¿De dónde sale realmente la proteína?" Recoge unas cuantas respuestas. Después los estudiantes se comprometen con dos predicciones, en papel o en el enlace:
- P1. "¿Qué codón de ARNm se forma a partir del triplete molde TAC? TAC / ATG / AUG / UAC"
- P2. "Una base de un gen se sustituye por otra. ¿Cambia siempre la proteína?"
Espera ATG (olvidar el uracilo) o UAC (copiar en lugar de aparear) en P1, y "sí, siempre" en P2. No corrijas a nadie todavía.
2. Transcripción a mano, y luego con la máquina (10 minutos)
Las parejas escriben el ARNm de la hebra molde por defecto antes de pulsar nada. Después recorren la transcripción con Siguiente paso, comprobando cada base:
| Molde (3'→5') | TAC | AAA | GGC | TTA | CCG | ACT |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ARNm (5'→3') | AUG | UUU | CCG | AAU | GGC | UGA |
Pregunta: "El ARNm coincide casi exactamente con una de las dos hebras de ADN. ¿Con cuál, y cuál es la diferencia?" Coincide con la hebra complementaria, con U en lugar de T. Comprueba ahora P1.
3. Traducción y la tabla del código (8 minutos)
Sigue avanzando. Para cada codón, los estudiantes buscan el aminoácido en la tabla del código y escriben el anticodón que debe llevar el ARNt:
| Codón | AUG | UUU | CCG | AAU | GGC | UGA |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Aminoácido | Met (inicio) | Phe | Pro | Asn | Gly | terminación |
| Anticodón (3'→5') | UAC | AAA | GGC | UUA | CCG | ninguno |
Pregunta: "Seis codones, pero solo cinco aminoácidos. ¿Por qué?" El último codón es una señal de terminación y no codifica ningún aminoácido.
4. Sustituciones: una encuesta de clase (15 minutos)
Cada pareja recibe tres posiciones de la hebra molde (1–18). Para cada posición, hacen clic en la base una, dos y tres veces, y anotan cada vez el polipéptido y el tipo de mutación. Recoge los resultados en la pizarra. Algunos ejemplos que encontrarán los estudiantes:
| Cambio | Codón de ARNm | Polipéptido | Tipo mostrado |
|---|---|---|---|
| Posición 5: A → T | UUU → UAU | Met–Tyr–Pro–Asn–Gly | cambio de sentido |
| Posición 5: A → G | UUU → UCU | Met–Ser–Pro–Asn–Gly | cambio de sentido |
| Posición 9: C → A | CCG → CCU | Met–Phe–Pro–Asn–Gly | silenciosa |
| Posición 1: T → A | AUG → UUG | Met–Ala (desde un AUG posterior) | codón de inicio perdido |
Entre las 54 sustituciones posibles de este gen, la simulación da 36 de cambio de sentido (8 de ellas convierten el codón de terminación en un aminoácido), 9 silenciosas y 9 cambios del codón de inicio. Ninguna es sin sentido: ningún cambio aislado convierte un codón anterior en UAA, UAG o UGA. Ocho de las nueve silenciosas están en las posiciones 6, 9, 12 y 15, la tercera base de un codón. Pregunta: "¿Por qué la tercera base?" El código es degenerado: muchos aminoácidos tienen varios codones que solo se diferencian en la última base. Comprueba P2.
5. Corrimientos del marco (7 minutos)
En el panel de valores iniciales, las parejas ponen Mutación en Inserción de un par de nucleótidos, posición 5, base G. Luego prueban la Deleción de un par de nucleótidos en la posición 5:
| Mutación | Codones de ARNm leídos | Polipéptido |
|---|---|---|
| Ninguna | AUG UUU CCG AAU GGC UGA | Met–Phe–Pro–Asn–Gly |
| Insertar G tras la posición 5 | AUG UUC UCC GAA UGG CUG | Met–Phe–Ser–Glu–Trp–Leu |
| Eliminar la posición 5 | AUG UUC CGA AUG GCU | Met–Phe–Arg–Met–Ala |
Cada codón posterior al cambio se lee en un marco nuevo, y en ambos casos el ribosoma nunca encuentra un codón de terminación antes del final del gen. Pregunta: "¿Cuál esperas que sea más dañina, una sustitución o una inserción? ¿Por qué?"
6. Una mutación sin sentido (5 minutos)
Abre el enlace "Gen sin sentido". Un codón difiere del gen por defecto, así que la proteína es Met–Phe–Pro–Tyr–Gly. Las parejas hacen clic tres veces en la posición 12:
- Una vez (A → T): el codón UAU pasa a UAA, una terminación. La cadena es solo Met–Phe–Pro: una mutación sin sentido.
- Dos veces (A → G): UAC, sigue siendo Tyr. Silenciosa.
- Tres veces (A → C): UAG, otra terminación. Sin sentido otra vez.
Una base, tres resultados.
7. Comprobación de salida (5 minutos)
Usa las preguntas 3–5 del conjunto de abajo. Luego abre Ver respuestas y muestra las columnas Predicción y Después de P1 y P2 una junto a otra. La guía de evaluación formativa explica cómo usar esas columnas para planificar la clase siguiente.
Conjunto de preguntas para esta clase
Introdúcelas en la pestaña Preguntas de la simulación. Instrucciones para los alumnos sugeridas: "Usa Siguiente paso para avanzar de base en base. Pulsa Restablecer antes de cada prueba nueva. Haz clic en una base de la hebra molde para cambiarla."
1. Opción múltiple · Antes, como predicción · Volver a preguntar después de la simulación
- Pregunta: "¿Qué codón de ARNm se forma a partir del triplete molde TAC?"
- Opciones: TAC / ATG / AUG (correcta) / UAC
- Explicación: "La ARN polimerasa aparea cada base del molde con su pareja: T con A, A con U, C con G. El ARN usa uracilo (U) en lugar de timina (T). Así, TAC da AUG, el codón de inicio de la metionina."
2. Opción múltiple · Antes, como predicción · Volver a preguntar después de la simulación
- Pregunta: "Una base de un gen se sustituye por otra. ¿Cambia siempre la proteína?"
- Opciones: Sí, siempre / No, a veces la proteína queda igual (correcta) / No, una sola base nunca importa / Solo si la nueva base es A
- Explicación: "El código genético es degenerado: varios codones codifican el mismo aminoácido. En el gen por defecto, cambiar CCG por CCU sigue dando prolina, una mutación silenciosa. Otros cambios aislados sustituyen un aminoácido (cambio de sentido) o crean una terminación (sin sentido)."
3. Número · Después de la simulación
- Pregunta: "Ejecuta el gen por defecto hasta el final. ¿Cuántos aminoácidos tiene el polipéptido terminado?"
- Respuesta: 5, margen de error ± 0
- Explicación: "El ARNm tiene seis codones: AUG UUU CCG AAU GGC UGA. Los cinco primeros codifican Met, Phe, Pro, Asn y Gly. UGA es un codón de terminación, que cierra la cadena sin añadir un aminoácido."
4. Opción múltiple · Después de la simulación
- Pregunta: "Haz clic una vez en la posición 9 de la hebra molde, de modo que C pase a A. ¿Qué tipo de mutación es?"
- Opciones: silenciosa (correcta) / de cambio de sentido / sin sentido / de corrimiento del marco
- Explicación: "El codón cambia de CCG a CCU. Ambos codifican prolina, así que el polipéptido sigue siendo Met–Phe–Pro–Asn–Gly. Un cambio que deja la proteína igual es una mutación silenciosa."
5. Respuesta corta · Después de la simulación
- Pregunta: "¿Por qué insertar una base cerca del inicio de un gen suele cambiar la proteína más que sustituir una base?"
- Respuestas aceptadas (opcional): déjalo vacío y lee tú mismo las respuestas.
- Respuesta modelo: "El ribosoma lee el ARNm en grupos de tres, sin huecos. Una base extra desplaza el marco de lectura, así que cambian todos los codones posteriores, y un codón de terminación puede perderse o aparecer antes de tiempo. Una sustitución cambia como mucho un codón."
Las preguntas 1 y 2 son las predicciones, que se vuelven a preguntar después de la simulación. Para consejos sobre cómo redactar preguntas como estas, consulta cómo escribir buenas preguntas para laboratorios virtuales.
Ampliación: activar y desactivar genes
La primera simulación muestra cómo se lee un gen. La segunda muestra cómo decide una célula si lo lee siquiera. En su pantalla Expresión, un tramo de ADN lleva tres genes. Los estudiantes arrastran moléculas desde una caja de herramientas y siguen las pistas de cada paso:
- Arrastra un factor de transcripción positivo hasta el contorno discontinuo correspondiente de la región reguladora del gen.
- Arrastra la ARN polimerasa hasta el promotor. El ARNm crece y se separa del ADN.
- Arrastra un ribosoma hasta el extremo 5' del ARNm. El polipéptido crece y se pliega en una proteína.
- Arrastra la proteína a la caja de recogida. Recoger una proteína de cada uno de los tres genes completa la pantalla.
Cada gen tiene su propia regla. El gen 1 necesita el factor A. El gen 2 necesita el factor B, y su factor negativo B⁻ bloquea la ARN polimerasa. El gen 3 necesita C1 y C2. Pregunta: "¿Por qué el gen 3 necesita dos factores?" Permite a la célula activar el gen solo cuando se cumplen dos condiciones. Los estudiantes descubren también que un mismo ARNm puede traducirse muchas veces y que la enzima degradadora lo elimina.
Para los estudiantes mayores, la pantalla Muchas células ejecuta el mismo gen en hasta 90 células. Los niveles de proteína difieren de una célula a otra porque los sucesos moleculares son aleatorios, pero la lectura da la media esperada. Con los ajustes por defecto muestra E[P] = 182 proteínas. Duplicar la tasa de degradación de la proteína de 0,05 a 0,10 por minuto la reduce a la mitad, 90,9. Los números célula a célula cambian en cada ejecución, así que pide el patrón, no valores exactos.
Atención a la diversidad
Apoyo:
- Entrega una fila de ARNm medio rellena y una tabla de codones en letra grande.
- Usa solo los pasos 2–4 y las sustituciones en las posiciones 5 y 9.
- Da comienzos de frase: "El codón cambió de … a …, así que el aminoácido…"
Ampliación:
- Explicar por qué cambiar la posición 1 da Met–Ala en lugar de una versión más corta de la proteína original.
- Cambiar el codón de terminación (posición 16, A → T da AGA en lugar de UGA). La simulación lo llama cambio de sentido, pero la cadena ahora llega hasta el final del gen. Los biólogos lo llaman mutación de pérdida de terminación. ¿Por qué podría ser dañina?
- Diseñar una hebra molde de 12 bases que codifique Met–Trp–Lys y terminación. Escribirla en Hebra molde del gen para comprobarlo.
Estudiantes que aprenden el idioma: la simulación está disponible en seis idiomas. Crea un segundo enlace en el idioma del estudiante para que las etiquetas le resulten familiares mientras la conversación sigue en español.
Alineación con estándares
Esta clase se corresponde con el estándar NGSS HS-LS1-1 (un estándar de EE. UU.): construir una explicación basada en pruebas de cómo la estructura del ADN determina la estructura de las proteínas. Las actividades de mutación apoyan HS-LS3-2, sobre la variación genética hereditaria originada por mutaciones. Encaja con el tema de síntesis de proteínas de GCSE Biology y con las unidades de expresión génica de Biología AP e IB.
Para más actividades de biología, consulta ideas de clases interactivas de biología. Para las rutinas de aula, consulta cómo usar simulaciones interactivas en el aula. Si tus estudiantes trabajan mejor con un ciclo guiado, la guía del plan de clase 5E muestra cómo envolver esta actividad en las fases de Enganchar, Explorar y Explicar.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la hebra molde empieza por TAC en lugar de ATG?
La simulación muestra la hebra molde, leída 3'→5'. TAC se aparea con AUG en el ARNm. La hebra complementaria, ATG, tiene la misma secuencia que el ARNm, con T en lugar de U.
¿Puedo usar mi propio gen?
Sí. Escribe cualquier secuencia de A, T, G y C, de 6 a 60 bases, en Hebra molde del gen en los valores iniciales, y fíjala en un enlace. Empiézala con TAC para que la traducción comience en el primer codón.
¿Por qué no hay ninguna mutación sin sentido en el gen por defecto?
Ninguno de los cinco codones anteriores a UGA está a una base de distancia de un codón de terminación, así que ninguna sustitución aislada puede cortar la cadena antes de tiempo. Usa el segundo enlace del paso 6, donde la posición 12 crea UAA o UAG.