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LA CÉLULA
La célula (del latín cellulae: pequeño compartimiento o celda) es la unidad estructural y
funcional principal de los seres vivos.
Características estructurales:
Todas las células están rodeadas de una membrana celular que las separa y comunica
con el exterior,
Contienen un medio hidrosalino, el citoplasma, que forma la mayor parte del volumen
celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares.
ADN, el material hereditario de los genes y que contiene las instrucciones para el
funcionamiento celular.
ARN, que expresa la información contenida en el ADN.
Enzimas y otras proteínas que ponen en funcionamiento la maquinaria celular.
Una gran variedad de otras biomoléculas.
Características diferenciales y funcionales de las células
Las células vivas son un sistema bioquímico complejo. Las características que permiten
diferenciar las células de los sistemas químicos no vivos son:
1. Autoalimentación
o
nutrición.
Las
células
toman
sustancias
del
medio,
las
transforman de una forma a otra, liberan energía y eliminan productos de desecho.
2. Autorreplicación o crecimiento. Las células son capaces de dirigir su propia síntesis. A
consecuencia de los procesos nutricionales, una célula crece y se divide, formando dos
células, en una célula idéntica a la célula original, mediante la división celular.
3. Diferenciación. Muchas células pueden sufrir cambios de forma o función en un
proceso llamado diferenciación celular. Cuando una célula se diferencia, se forman
algunas sustancias o estructuras que no estaban previamente formadas y otras que lo
estaban dejan de formarse. La diferenciación es a menudo parte del ciclo de vida celular
en que las células forman estructuras especializadas relacionadas con la reproducción, la
dispersión o la supervivencia.
4. Señalización química. Las células responden a estímulos químicos y físicos tanto del
medio externo como de su interior y, en el caso de células móviles, hacia determinados
estímulos ambientales o en dirección opuesta mediante un proceso que se denomina
taxis. Además, con frecuencia las células pueden interaccionar o comunicar con otras
células, generalmente por medio de señales o mensajeros químicos, como hormonas,
neurotransmisores, factores de crecimiento... en seres pluricelulares en complicados
procesos de comunicación celular y transducción de señales.
5. Evolución. A diferencia de las estructuras inanimadas, los organismos unicelulares y
pluricelulares evolucionan. Esto significa que hay cambios hereditarios (que ocurren a
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baja frecuencia en todas las células de modo regular) que pueden influir en la adaptación
global de la célula o del organismo superior de modo positivo o negativo. El resultado de
la evolución es la selección de aquellos organismos mejor adaptados a vivir en un medio
particular.
Tamaño, forma y función de las células:
Tamaño: Las mayoría de las células son microscópicas, es decir, no son
observables a simple vista sino al microscopio. Las células humanas son
muy variables: hematíes de 7 micras, hepatocitos con 20 micras,
espermatozoides de 53 micras y óvulos de 150 micras.
Forma y función: Las células presentan una gran variabilidad de formas,
e incluso, algunas no ofrecen una forma fija. Pueden ser: fusiformes (forma de huso),
estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o redondeadas, etc. Hay células
libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos
que son estructuras derivadas de un orgánulo celular (centriolo) que dota a estas células
de movimiento. La función que realice la célula determina su forma, por lo que
encontramos diferentes tipos de células:
1. Células contráctiles que suelen ser alargadas, como las células musculares.
2. Células con finas prolongaciones, como las neuronas que transmiten el impulso
nervioso.
3. Células con microvellosidades o con pliegues, como las del intestino para
ampliar la superficie de contacto y de intercambio de sustancias.
4. Células cúbicas, prismáticas o aplanadas como las epiteliales que recubren
superficies como las losas de un pavimento.
Origen de las células:
Se cree que todos los organismos que viven sobre la Tierra, proceden de una única célula
primitiva nacida hace varios miles de millones de años. Las similitudes entre todos los
seres vivos parecen tan acusados que no se puede explicar de otra manera.
Las células vivas surgieron probablemente en la Tierra gracias a la agregación
espontánea de moléculas, hace aproximadamente 3,5 millones de años. Conociendo los
organismos actuales y las moléculas que contienen, parece que debieron producirse por
lo menos tres etapas antes de que surgiera la primera célula:
1. Debieron formarse polímeros de ARN capaces de dirigir su propia replicación a través
de interacciones de apareamiento de bases complementarias.
2. Debieron desarrollarse mecanismos mediante los cuales una molécula de ARN pudiera
dirigir la síntesis de una proteína.
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3. Tuvo que ensamblarse una membrana lipídica para rodear a la mezcla autoreplicante
de ARN y moléculas proteicas. En alguna fase posterior del proceso evolutivo, el ADN
ocupó el lugar del ARN como material hereditario.
Hace unos 1500 millones de años se produjo la transición desde células pequeñas con
una estructura interna relativamente sencilla (células procariotas), hasta células más
grandes, más complejas como las que componen los animales y las plantas (células
eucariotas).
Clasificación de los seres vivos según el número de células:
Seres vivos unicelulares: Están formados por una sola célula que funciona y sobrevive
más o menos independientemente de otras células.
Colonias celulares: Son un conjunto de múltiples células similares que se agrupan
para vivir juntas, cooperando entre ellas, pero manteniendo la individualidad.
Seres vivos pluricelulares: Están formados por miles o millones de células que se
especializan para vivir juntas sin capacidad para sobrevivir de forma independiente,
de tal manera que todas juntas forman un ser vivo, sin embargo todas ellas
proceden, por división, de una única célula inicial. En los organismos multicelulares,
las células se especializan o diferencian formando tejidos, órganos, sistemas y
aparatos. El ser humano es un organismo pluricelular formado por unos 220 tipos de
células diferentes.
Clasificación de los seres vivos según la complejidad estructural:
Existen dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas.
Las células procariotas son estructuralmente simples. Sólo se encuentran formando
seres unicelulares o colonias. Las células procariotas poseen el material genético
disperso en toda su estructura.
Las células eucariotas poseen membrana nuclear y contienen orgánulos rodeados de
membranas. Existen organismos eucariotas unicelulares, pero también existen
muchos eucariotas formando colonias y seres multicelulares. Los reinos biológicos
multicelulares: Animalia, Plantae y Fungi, están formados por células eucariotas.
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LA CELULA EUCARIÓTICA ANIMAL
EL NÚCLEO
Esta presente en todas las células eucariotas excepto en los
glóbulos rojos de los vertebrados superiores y algunas células
epidérmicas. Contiene la información hereditaria de la célula
en la forma de DNA.
Componentes. Envoltura nuclear; nucleoplasma; cromatina;
nucleolo.
Forma. Variable dependiendo del tipo de célula y el momento.
Tamaño. Entre 5 y 25 micras de diámetro. Es constante para
un determinado tipo de célula. Suele ser el orgánulo más
grande de la célula.
Número. Suele ser uno por célula, aunque hay excepciones. Algunos eritrocitos no
tienen; los hepatocitos pueden ser binucleados; y los osteoblastos y células musculares
estriadas son polinucleadas.
Posición. Suele ser central aunque en los adipositos es lateral y en células secretoras
puede estar en posición basal.
Funciones: Dirigir la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige el
desarrollo y funcionamiento de la célula y ser el lugar donde tiene lugar la
(duplicación del ADN) y la
replicación
transcripción (síntesis de ARN). La traducción ocurre en el
citoplasma.
LA ENVOLTURA NUCLEAR
Consta de una doble membrana (2 bicapas lipídicas) que en algunos puntos se unen
formando los poros nucleares.. A través de los poros nucleares pasan sustancias como
proteínas y RNA. Cuanto mayor actividad trancripcional tiene una célula mayor es el
número de poros La membrana exterior presenta ribosomas adheridos y es la
continuación del retículo endoplasmático rugoso.
LA CROMATINA
En el carioplasma que no se está dividiendo, el DNA está
combinado con proteínas como las histonas, dándole
una apariencia fibrilar. Esta combinación de DNA y
proteínas se llama cromatina. Durante la división celular
la cromatina se condensa en cromosomas.
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NUCLEOPLASMA O CARIOPLASMA
Es una matriz semifluida en el interior del núcleo que contiene tanto material cromatínico
como no cromatínico.
NUCLEOLO
Dentro del carioplasma se encuentra el nucleolo, el cual aparece más oscuro con el
microscopio electrónico. Alrededor del 5 al 10% del nucleolo es RNA, siendo el resto
proteína. Esta estructura es el lugar de síntesis del RNA ribosomal y de los componentes
esenciales del ribosoma. Los componentes proteicos de los ribosomas sintetizados en el
citoplasma entran en el núcleo a través de los poros nucleares para combinarse con el
RNA ribosomal recién sintetizado. Tanto las proteínas como el RNA forman las dos
subunidades de los ribosomas que salen del carioplasma a través de los poros y se
convierten en funcionales en el citoplasma.
El tamaño del nucléolo refleja su actividad. Éste muestra grandes variaciones en
diferentes células, y puede cambiar con el tiempo en una misma célula. Puede ocupar
más del 25% del volumen nuclear en células que están produciendo grandes cantidades
de proteínas.
La apariencia del nucléolo cambia dramáticamente durante el ciclo celular. Cuando la
célula se aproxima a la mitosis el nucléolo va reduciendo su tamaño, hasta que
desaparece cuando los cromosomas se han condensado y ha cesado toda la síntesis de
ARN. Cuando se reanuda la síntesis de ARNr al final de la mitosis, un discreto nucléolo
reaparece en las zonas cromosomales donde se encuentran los genes que codifican para
ARNr.
Figura del núcleo y el retículo
endoplásmico:
(1) Membrana nuclear.
(2) Ribosomas.
(3) Poros Nucleares.
(4) Nucléolo.
(5) Cromatina.
(6) Núcleo.
(7) Reticulo endoplásmico.
(8) Nucleoplasma.
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LOS CROMOSOMAS
Cromosoma (del griego chroma, color y soma, cuerpo o elemento): Nombre de los
pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del núcleo
celular durante la mitosis. Su número es constante para una especie determinada (en el
hombre, 46; de ellos 2 sexuales).
Están constituidos por ADN e histonas. Cuando la célula comienza su proceso de división
la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades
independientes.
Figura 2: Diferentes estados del ADN.
1.
2.
3.
4.
5.
Hebra simple de ADN
Hebra de Cromátida (ADN con histonas).
Cromátida condensada durante la interfase con centrómero.
Cromátida condensada durante la profase.
Cromosoma durante la metafase.
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LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y OTROS ORGANOS MEMBRANOSOS
En
las
células
eucariotas
se
distinguen
dos
tipos
de
compartimentación:
Sistemas internos de membrana. formados por el
retículo endoplasmatico (liso y rugoso) que es la
continuación de la membrana nuclear y el aparato de
Golgi.
Orgánulos
plastos
membranosos.
(solo
en
Núcleo,
vegetales),
mitocondrias,
peroxisomas,
los
lisosomas y las vacuolas.
LA MEMBRANA PLASMÁTICA (MP):
Es una estructura semipermeable que separa la célula del medio externo.
Composición:
Lípidos: La membrana citoplasmática de las células eucarióticas esta formada por
tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (colesterol).
Proteínas: Son las que confieren especificidad de especie y función
Glúcidos: En su mayoría son oligosacaridos unidos a proteínas (glucoproteínas) o
lípidos (glucolípidos). Se localizan en la cara externa de la MP.
Estructura:
La MP posee una estructura
dinámica formada por 2 capas
de fosfolípidos en las que se
hayan embebidas las moléculas
de colesterol (que le confieren
rigidez a la membrana) y las
proteínas
que
permite
el
movimiento de agua, ciertos
iones
y
algunas
grandes
moléculas hidrosolubles, como
azúcares y ciertos aminoácidos
a través de ella.
Los fosfolípidos tienen una cabeza hidrófila y dos colas hidrófobas. Las dos capas de
fosfolípidos se sitúan con las cabezas hacia fuera y las colas, enfrentadas, hacia dentro.
Es decir, los grupos hidrófilos se dirigen hacia la fase acuosa, los de la capa exterior de la
membrana hacia el líquido extracelular y los de la capa interior hacia el citoplasma.
Las proteínas embebidas en las capas de fosfolípidos atraviesan enteramente la
membrana creando poros por los que transitan grandes moléculas hidrosolubles, como
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azúcares y ciertos aminoácidos. También hay glucoproteínas embebidas en la membrana
con funciones de protección, inmunitarías, reconocimiento celular...
En los protozoos, la membrana envuelve y absorbe fluidos y material celular nutritivo, y
expulsa residuos.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Es un sistema membranoso intracelular
que se
extiende entre la membrana nuclear y plasmática.
Constituye
más
de
la
mitad
del
componente
membranoso de la célula. Al unir la membrana
plasmática y la nuclear, divide el contenido líquido
del citoplasma en dos compartimentos: El espacio
luminar o cisternal contenido en el interior del
retículo y el espacio citósico que comprende el
exterior del retículo endoplasmático.
Existen dos tipos de reticulo endoplasmático: el rugoso y el liso.
Retículo endoplasmático rugoso:
Estructura:
Es una red de canalículos que lleva adheridos ribosomas en la cara citosólica de sus membranas.
Es una estructura característica formada por un apilamiento de membranas con pequeños gránulos
oscuros llamados ribosomas.
Funciones:
Síntesis y almacenamiento de proteínas. Las proteínas sintetizadas por los
ribosomas adheridos pueden quedarse formando parte de las membranas o pasar
al lumen intermembranoso para dirigirse a otros destinos como el aparato de
Golgi, lisosomas o incluso al exterior.
Glucosilación de proteinas. Esto se realiza en el lumen
Retículo endoplasmático liso:
Es muy parecido al anterior pero sin llevar adheridos ribosomas.
En la mayor parte de las células se presenta escasamente, salvo en las fibras musculares
estriadas en las que constituye el retículo sarcoplásmico y en las células ováricas, células
de la corteza suprarrenal y hepatocitos.
Funciones:
Síntesis de lípidos.
Contracción muscular.
Detoxificación. Eliminación de sustancias que puedan ser nocivas al organismo.
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Liberación de glucosa. Las reservas de glucógeno hepático se hayan en pequeños
gránulos adheridos a las membranas del REL. Cuando el organismo lo requiere y
tras un proceso bioquímico en el que se transforma el glicógeno en glucosa se
libera esta al torrente sanguíneo.
APARATO DE GOLGI
Es el centro de empaquetamiento de las células
eucariotas, responsable del transporte seguro de los
compuestos sintetizados al exterior de la célula. El
aparato de Golgi está conectado a la membrana
citoplasmática donde se fusiona y así poder excretar
el contenido fuera de la célula, proceso que se llama
exocitosis
Estructura:
Está compuesto de sacos membranosos que tienen
vesículas esféricas en sus extremos. Dichos sáculos
se denominan dictiosomas, se
presentan en número de 4 a 8 y son aplanados rodeados de membrana y apilados unos
encima de otros.
En el se distinguen dos caras:
Cara externa, proximal o cis: Es la más próxima al retículo. De él recibe las vesículas
de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la membrana
del retículo endoplasmático rugoso (REr), introducidas dentro de sus cavidades y
transportadas por el lúmen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de
transición son el vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la cara externa
del aparato de Golgi.
Cara interna, distante o trans: Es la que se encuentra más cerca de la membrana
citoplasmática, de hecho sus membranas, ambas unitarias, tienen una composición
similar. En el interior de los sáculos del dictiosoma la proteína puede sufrir una serie de
modificaciones hasta su composición final. Cuando llega a la zona interna o distante pasa
a una vesícula de secreción pudiéndose unir a otras formando un gránulo de secreción
para mediante exocitosis salir al exterior celular.
Funciones:
Empaquetadora de ciertos enzimas sintetizados en el retículo endoplásmico
rugoso en unos orgánulos llamados lisosomas. Estos enzimas catalizan reacciones
hidrolíticas incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, sulfatasas, lipasas y
fosfatasas.
Transporte de vesículas del retículo endoplasmático rugoso, dirigiendo las
proteínas recién sintetizadas hacia los lugares que deben ocupar en la célula.
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Glucosilación de lípidos y prótidos. Ejemplo: en el RER de las células acinosas del
páncreas se sintetiza la proinsulina que debido a las transformaciones que sufre
en el aparato de Golgi, tomará la forma o conformación definitiva de la insulina.
Producción de membrana citoplasmática. Los gránulos de secrección cuando se
unen a la membrana en la exocitosis pasan a formar parte de esta.
(1) Nucleo.
(2) Poro Nuclear.
(3) Retículo endoplásmico rugosos(RER).
(4) Retículo endoplásmico liso(SER).
(5) Ribosoma en el RER.
(6) Proteinas que son trasportadas.
(7) Vesicula trasportadora.
(8) Aparato de Golgi(AG).
(9) Cisterna del AG.
(10) Transmembrana de AG.
(11) Cisterna de AG.
(12) Vesicula secretora.
(13) Membrana plasmática.
(14) Proteina secretada.
(15) Citoplasma.
(16) Espacio extracelular.
LISOSOMA Y PEROXISOMAS
Los lisosomas son vesículas relativamente grandes formadas por el complejo de Golgi
que contienen enzimas hidrolíticas que sirven para digerir los materiales de origen
externo o interno que llegan a ellos.
El pH en el interior de los lisosomas es de 4,8; bastante menor que el del citosol (7). La
membrana del lisosoma estabiliza el pH bajo asímismo, protege al citosol y al resto de la
célula de las enzimas degradantes que hay en el interior del lisosoma. Las enzimas
digestivas necesitan un entorno ácido para funcionar correctamente.
Las enzimas más importantes en el lisosoma:
Lipasa, que digiere lípidos,
Proteasas, que digiere proteínas,
Nucleasas, que digiere ácidos nucleicos.
MITOCONDRIAS
Es el orgánulo citoplásmico que contiene los enzimas que ayudan a transformar el material
nutritivo (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos) en trifosfato de adenosina (ATP), que la célula
utilizará como fuente de energía. Las mitocondrias suelen concentrarse cerca de las estructuras
celulares que necesitan gran aportación de energía, como el flagelo que dota de movilidad a los
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espermatozoides
de
los
vertebrados.
La
membrana
interna está muy invaginada (crestas mitocondriales)
y es donde tiene lugar la conversión de energía.
Aunque las mitocondrias son orgánulos de células
eucariotas
se
parecen
a
las
células
procariotas;
contienen sus propios ribosomas, que son 70 S, su
propio DNA el cual es una única molécula circular que
contiene la información genética necesaria para la
síntesis de un limitado número de proteínas cuya síntesis tiene lugar en los propios
ribosomas de las mitocondrias. Finalmente, las mitocondrias se dividen para formar
nuevas
mitocondrias
de
forma
parecida
a
como
lo
hacen
los
procariotas
e
independientemente del núcleo celular; sin embargo, no se pueden dividir si se sacan del
citoplasma.
CITOPLASMA
El citoplasma es la parte que en una célula eucariota se encuentra
entre el núcleo celular y la membrana plasmática. Consiste en una
emulsión coloidal muy fina de aspecto granuloso, el citosol o
hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que
desempeñan diferentes funciones.
El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se
dan en las células.
El citosol esta compuesto entre un 70 y un 80% de agua mientras que el resto en su mayoría son
proteínas y en menor cantidad iones y moléculas orgánicas de pequeño tamaño: aminoácidos,
glúcidos y ATP.
Funciones.
Regulador del PH intracelular.
Lugar en el que transcurren la mayoría de las reacciones metabólicas celulares.
CITOESQUELETO
El citoesqueleto es el conjunto de filamentos proteicos
situados en el citosol que pueden formar estructuras
reticulares más o menos complejas y que contribuyen a la
morfología de la célula, a la organización interna de los
orgánulos citoplasmáticos y al movimiento celular.
Microfilamentos
contracción
mecánico
de
actina:
muscular;
de
las
intervienen
formación
del
microvellosidades;
en
la
esqueleto
cariocinesis
celular y movimiento ameboide.
Filamentos intermedios: formados por proteínas fibrosas, muy resistentes y estables.
Forman redes que rodean al núcleo y se extienden hacia la periferia celular. Sus funciones
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son estructurales y de mantenimiento de la forma celular. (Filamentos de queratina de las
células epiteliales)
Microtúbulos: son formaciones cilíndricas, uniformes y rectilineas que se encuentran
dispersas por el citoplasma o formando parte de cilios, flagelos o centriolos. Entre sus
funciones están: las de formar el huso mitótico; transporte intracelular de vesículas;
movimientos de las células.
CENTROSOMA
Es una estructura sin membrana formada por dos centriolos
rodeados de un material denso y amorfo. El centriolo es un
orgánulo en forma de cilindro hueco. Las paredes de los
centriolos están compuestas de nueve tripletes de microtúbulos.
En las células normalmente se encuentran en parejas en ángulo
recto, formando el centrosoma. Es u orgánulo exclusivo de las
células animales.
Son muy importantes en el proceso de división celular, pues
están relacionados con el movimiento de los cromosomas en este proceso. Se duplican al iniciarse
la mitosis y los pares se alejan a los polos, para formar el huso acromático.
CILIOS Y FLAGELOS
Son
derivados
centriolares
a
modo
de
expansiones
citoplasmáticas filiformes móviles localizados en las superficies
libres de algunas células. Los cilios son cortos y numerosos,
mientras que los flagelos son largos y generalmente en numero
de uno. Están compuestos por microtúbulos, 9 pares que
rodean un par central y todo ello rodeado por una membrana.
Su función esta relacionada con el movimiento de las células o
de los medios que la rodean.
RIBOSOMAS
Los ribosomas son orgánulos no membranosos sólo visibles
al microscopio electrónico debido a su reducido tamaño ( 29
nm. en célula procariota y 32 nm. en eucariota). Están en
todas las células vivas (excepto en los espermatozoides).
Su función es ensamblar proteínas a partir de la información
genética que le llega desde el ADN mediante el ARN
mensajero (ARNm).
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El ribosoma consta de dos subunidades que se encajan y trabajan juntas para la
traducción del ARNm en proteínas en el proceso de síntesis proteica. Cada subunidad
está formada por dos moléculas muy grandes de ARN (llamado ARN ribosómico) y
algunas proteínas más pequeñas.
Figura 1 : La subunidad grande (1) y la pequeña (2) se encajan
La información genética está en el ADN. Esa información se copia en ARN. El ribosoma
lee el ARN mensajero y ensambla la proteína con los aminoácidos suministrados por el
ARN de transferencia.
El proceso es el siguiente:
El ribosoma lee tres letras del código genético que ha transportado en ARNm. (Tres letras
codifican un aminoácido y se llaman codón).
Escoge el aminoácido correspondiente a esas tres letras.
Lee
las
siguientes
tres
letras
(el
siguiente
codón)
y
ensambla
el
aminoácido
correspondiente al lado del anterior...
Y así hasta que llega un codón que dice que la proteína se acabó: es el codón de Stop.
Por ejemplo:
El ARNm es éste:
AUG-GCC-AAC-GGC-AUG-CCU-ACU-UAA
AUG le indica que tiene que empezar a ensamblar la proteína; es un COMENZAR.
GCC es Alanina. Coge Alanina y lo sujeta.
AAC es Arginina, lo pone al lado de la Alanina.
GGC es Glicina, lo ensambla al lado de la Arginina.
AUG era el símbolo de COMENZAR, pero ya ha comenzado; así que lo interpreta como
Metionina. Pone el aminoácido Metionina ensamblado con la Glicina.
CCU es Prolina. Ensambla la Prolina a la Metionina.
ACU es Serina. Ensambla la serina con la Prolina.
UAA es STOP. Deja de ensamblar la proteína.
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Por tanto la proteína ensamblada ha sido: Alanina-Argirina-Glicina-Metionina-ProlinaSerina
INCLUSIONES CITOPLASMATICAS
En el citoplasma pueden existir sustancias inertes de naturaleza hidrofóbica denominadas
inclusiones. En las células animales las inclusiones más significativas son:
Glucógeno en las células hepáticas y musculares de los animales.
Triglicéridos en las células adiposas.
Pigmentos como la melanina en los melanocitos de la piel.
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