el nacimiento de la teoría celular

Departamento de Biología y Geología. Biología 2º Bachillerato. 2009-2010
La teoría celular.
Modelos de organización
celular.
1. HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR
2. EL NACIMIENTO DE LA TEORÍA CELULAR.
3. ENUNCIADO BÁSICO DE LA TEORÍA CELULAR.
4. LÍNEA DE TIEMPO: ALGUNOS EVENTOS EN BIOLOGÍA CELULAR.
5. Caracteres generales de las células: forma, tamaño, color ...
6. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR, CARACTERÍSTICAS.
7. ORGANIZACIÓN DE LA CÉLULA EUCARIOTA.
8. COMPONENTES DE LA CÉLULA EUCARIOTA.
9. ORGANIZACIÓN DE LA CÉLULA PROCARIOTA
10. ORGANIZACIÓN ACARIOTA, VIRUS.
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I.E.S. “Ramón Olleros Gregorio”
Departamento de Biología y Geología. Biología 2º Bachillerato. 2009-2010
HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR
Los descubrimientos biológicos aumentaron cuando la tecnología de
imágenes se volvió más sofisticada. En la actualidad sabemos que todos los
seres vivos están formados por células (los virus son considerados entes que
transmiten herencia), como establece la Teoría Celular, pero no siempre fue
así. El proceso de formulación de esta importante teoría de la Biología se
llega después de un largo proceso sembrado de descubrimientos,
controversias y teorías de lo más dispares.
La teoría de la generación espontánea de los seres vivos en los medios
permanece vigente en el panorama científico desde el siglo III a.c. hasta
mediados del siglo XVIII que fue echada por tierra con los nuevos aportes
al estudio de la Biología.
Las células fueron vistas por primera vez y descriptas por algunos de
los microscopistas de principios del siglo XVII.
A. van Leeuwenhoek (1632-1723), naturalista holandés, investigó en sus
horas de ocio los más variados objetos, con ayuda de los cristales de
aumento que él mismo construyera. Construyó microscopios y en lugar de
venderlos los regaló a entidades científicas; aunque carecía de preparación
científica era un agudo observador y comunicaba sus observaciones a la Real
Sociedad de Londres. En 1675, por medio del microscopio, un alumno de
Leeuwenhoek descubrió que en el esperma humano existían innumerables
corpúsculos, sumamente pequeños y móviles, supuestos animalitos que
actualmente se conocen como espermatozoides.
El naturalista Buffon (1707-1788), contemporáneo y rival de Linneo
(sistemático sueco), pensaba que los seres microscópicos representaban
moléculas vivientes, de las cuales por aglomeración, según ciertas leyes,
resulta el animal visible. Las ideas filosóficas fueron la fuente, junto con la
experiencia y la observación a través del microscopio, de donde provino la
teoría de que en el cuerpo animal y en el vegetal aparecen pequeños “poros”,
ahora conocidos como células.
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Estas células ya se conocían en el siglo XVIII: Malpighi, Hooke y
Greew reconocieron que el tejido de la planta se compone de huecos
limitados por tabiques fijos. Más de cien años permaneció intacta esa
observación.
Wolff intentó profundizarla y procuró también formarse una idea de la
esencia de la fecundación. Wolff era profesor de filosofía y fue el fundador
de la teoría epigenética de la evolución (teoría ya desacreditada que
afirmaba que durante el desarrollo del individuo se forman nuevas
estructuras a partir de un material no diferenciado, con ayuda de una fuerza
vital). Observó que el cuerpo de la planta se parece a un líquido espumoso;
que los poros en la espuma están llenos de cierto jugo, y que el germen
animal está compuesto de minúsculas “esférulas”.
Robert Hooke (1635-1702) describió, gracias al microscopio, la
estructura de la lamina de corcho, observando que estaba compuesta por una
serie de celdillas, a cada una de estas las denominó cell (en inglés célula).
Robert Brown en 1831 comprueba la presencia constante de un
corpúsculo en el interior de las células vegetales al que designa por primera
vez con la denominación de núcleo.
Sin embargo, aún a fines del siglo XVIII el naturalista Cuvier y Bichat,
el fundador de la teoría de los tejidos animales, rechazaban el microscopio
porque ofrecía visiones deformadas de los objetos. Los microscopios de
aquella época eran rudimentarios, pero hacia 1807 ya se empleaban aumentos
de 180 a 400 diámetros. En 1837, Meyen observó los órganos vegetales a
500 aumentos, y desde 1840 el microscopio ya era de uso común.
EL NACIMIENTO DE LA TEORÍA CELULAR
La palabra “célula” fue utilizada por primera vez por el botánico inglés
Robert Hooke para designar las primeras cámaras o alveolos que había
observado al estudiar al microscopio delgadas láminas de tejidos vegetales.
El libro “Micrographia” (1665) de Robert Hooke contiene algunos de los
primeros dibujos nítidos de células vegetales, basados en las observaciones
de algunas secciones finas de “corcho” (corteza o cubierta exterior de
cualquier planta leñosa). Pero Hooke nunca llegó a imaginar el verdadero
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significado de aquellas células; solamente había percibido su estructura, su
esqueleto. No sería hasta mediados del siglo XIX que dos científicos
alemanes, Schleiden y Schwann, descubrirían la naturaleza celular de la
materia viva.
Mathias Jakob Schleiden nació en Hamburgo en 1804. Estudió derecho
y ejerció la abogacía hasta los 27 años, insatisfecho con su actividad decidió
abandonar la profesión y luego de un intento de suicidio en 1831 inició una
nueva vida. Volvió a la Universidad para seguir cursos de medicina y botánica
y en 1839 fue nombrado profesor adjunto de botánica en la Universidad de
Jena, en la que permaneció durante 23 años. Después de una breve estancia
en Rusia, se estableció en Dresde, donde murió en 1881. Shleiden rechazaba
el vitalismo (posición según la cual los organismos vivos poseen una fuerza o
sustancia vital especial, que no se puede encontrar en la materia inerte) en
busca de una explicación mecanicista de la vida, y de carácter evolucionista.
Su objetivo era hacer de la botánica una ciencia verdadera y exacta.
En 1833, el botánico inglés R. Brown descubrió en diferentes células
vegetales un “granito” (el núcleo). Schleiden se esforzó por demostrar que
las células se forman de este núcleo; que del plasma viviente al principio, se
separa el núcleo y que a su alrededor se forman células que van creciendo,
hasta que sus paredes se tocan y por una especie de cristalización nace el
tejido celular. Esta gran confusión originó la circunstancia de no establecer
diferencia alguna entre el núcleo, las vacuolas y los granos de almidón,
creyendo que todos representaban células embrionarias. Schleiden, tampoco
vio claro cómo estaban compuestas las plantas unicelulares.
La doctrina de Schleiden de la evolución del tejido partiendo de células
fue ampliada a los animales por Schwann, discípulo de Johannes Müller,
destacado fisiólogo alemán. Theodor Schwann, nacido en 1810, cerca de
Dusseldorf, en el seno de una familia sumamente religiosa. Estudió medicina
en Bonn, donde conoció a Müller, y en Berlín ocupó la cátedra de Anatomía.
En aquellos tiempos abandonaría en parte su vida de intensa actividad
religiosa dejándose seducir por concepciones mecanicistas. A partir de 1839
su carrera científica culmina debido, en principio, a la actitud crítica de
científicos dedicados a la química frente a sus trabajos sobre la
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fermentación alcohólica. Ante tal circunstancia resurge su jamás apagada fe
religiosa, abandonada debido al racionalismo de los años anteriores, y se
refugia en el Dios de su infancia. Schwann se trasladó a Londres como
profesor de Anatomía donde permaneció durante nueve años. Falleció en
Colonia en 1882, víctima de una embolia.
Schwann y Schleiden eran grandes amigos, y el mismo Schwann cuenta
como una conversación con Schleiden, en Berlín, le sugirió la idea que daría
origen a la teoría celular: “Un día que cenaba con el señor Schleiden, este
ilustre botánico me indicó la importante función que desempeña el núcleo en
el desarrollo de las células vegetales. Me acordé enseguida de haber visto un
órgano semejante en las células de la cuerda dorsal del renacuajo, y en aquel
momento comprendí la importancia que tendría mi descubrimiento si llegaba
a demostrar que en las células de la cuerda dorsal este núcleo desempeñaba
el mismo papel que el núcleo de las plantas en el desarrollo de los vegetales”.
Esto ocurría en 1838, año en que Schleiden había publicado una breve
memoria en la que se describía el desarrollo del bolso embrionario de
diversas plantas y en la que se explicaba la independencia de las células que
componen el organismo y la función directora del núcleo. A raíz de esta
observación, Schwann se dedicó a descubrir la composición celular de los
tejidos animales y a localizar los núcleos de las diferentes células. Al año
siguiente(1839), Schwann publicó una memoria en la que se exponían todas
las bases de la teoría celular.
Tanto Schleiden como Schwann afirmaban que el organismo era un
agregado (según ciertas leyes) de otros seres de orden inferior; contra la
opinión vitalista de la unidad de la vida en el cuerpo orgánico y contra la
fuerza vital unitaria. Schleiden aducía que la vida es el resultado de la
colaboración de muchas células. Schleiden, botánico, y Schwann, zoólogo,
estudiaron muchos tipos de tejidos en sus campos respectivos. Ambos
llegaron a la conclusión de que la célula es la unidad estructural básica de
todos los organismos. La célula constituye la unidad fundamental de los
seres vivos. Todo organismo vivo está constituido por una o por multitud
de células.
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ENUNCIADO BÁSICO DE LA TEORÍA CELULAR.
La Teoría Celular, tal como se la considera hoy, puede resumirse en
cuatro proposiciones:
1. En principio, todos los organismos están compuestos de células.
UNIDAD ANATÓMICA.
2. En las células tienen lugar las reacciones metabólicas de organismo.
UNIDAD FISIOLÓGICA.
3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes.
UNIDAD REPRODUCTORA.
4. Las células contienen el material hereditario.
UNIDAD GENÉTICA.
La segunda y tercera proposiciones fueron añadidas por el patólogo y
también estadista Rudolf Virchow (1821 – 1902). En su trabajo “Patología
celular” (1858), Virchow consideró la célula como la unidad básica metabólica
y estructural. En ese mismo trabajo subrayó la continuidad de los
organismos: “todas las células provienen de otras células (preexistentes)”.
Los pasos siguientes en la concepción de la estructura celular de los
seres vivos iban a ser dados por Remak, con el descubrimiento de la división
celular en 1852. La demostración de la estructura celular en el sistema
nervioso la iba a hacer Ramón y Cajal a comienzos del siglo XX en contra de
la idea del retículo difuso de Golgi (teoría reticularista). Ambos recibieron
el Premio Nobel en 1906. Las observaciones de Ramón y Cajal sirvieron para
otorgar carácter universal a la teoría celular.
LÍNEA DE TIEMPO: ALGUNOS EVENTOS EN BIOLOGÍA CELULAR

1639 Robert Hooke observa “células” de corcho con un microscopio primitivo.

1680 A.Leeuwenhoek (1632-1702) descubre espermatozoides en el semen.

1688 Redi publica su trabajo sobre la generación espontánea.

1839 Johannes Müller efectúa investigaciones microscópicas e histológicas.

1839 Jacob Henle realiza una descripción general de la epidermis y el epitelio.

1839 Schleiden y Schwann proponen la Teoría Celular.

1839 Robert Remak (1815-1865) descubrimiento de las células ganglionares del
corazón humano.
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
1841 Albert Koelliker (1817-1905) descubre que cada espermatozoide es una célula,
la célula germinal masculina.

1852 Robert Remak demostró que el óvulo es una célula.

1855 Rudolf Virchow afirma que todas las células provienen de células.

1873 Camillo Golgi da a conocer su procedimiento de tinción de las células nerviosas.

1888 Santiago Ramón y Cajal modifica el método de tinción de Golgi y logra
esclarecer todas las estructuras.
CARACTERES GENERALES DE LAS CÉLULAS: FORMA, TAMAÑO, COLOR, ETC.
Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células
bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o
µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo
opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja
con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros
de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular).
Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma
poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser
compactas, de 10 a 20 µm de diámetro y con una membrana superficial
deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células
están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que
encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las
células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer,
producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se
llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa
cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en
moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la
actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a
la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas
moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación
evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la
Tierra.
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En cuanto a su color, originariamente las células son incoloras; cuando
presentan color se debe a pigmentos incluidos en su estructura, como por
ejemplo los glóbulos rojos que son amarillos por la hemoglobina, las células
epidérmicas por la melanina, las células vegetales por la clorofila.
MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR.
Las células se clasifican por sus unidades fundamentales de estructura
y por la forma en que obtienen energía. Las células se clasifican como
procariontes o eucariontes.
Las células también se definen de acuerdo a su necesidad de energía.
Los autótrofos se alimentan por ellos mismos y usan luz o energía química
para fabricar comida. Las plantas son un ejemplo de autótrofos. En
contraste, los heterótrofos (los que se alimentan de otros) obtienen energía
de otros autótrofos o heterótrofos. Muchas bacterias y animales son
heterótrofos.
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Los organismos multicelulares están creados por una compleja
organización de células que cooperan. Debe haber nuevos mecanismos para la
comunicación entre células y la regulación. También debe haber mecanismos
únicos para que un simple huevo fertilizado desarrolle todas las diferentes
clases de tejidos del cuerpo. ¡En los humanos hay 1014 células comprendidas
en 200 clases de tejidos!
ORGANIZACIÓN
CELULAR
ORGANIZACIÓN
ACELULAR
Proteínas
Lípidos
Glúcidos.
Ácidos nucleicos.
Procariota
Autótrofos y/o heterótrofos.
Funciones vitales: alimentación,
relación y reproducción.
Proteínas
Ácido nucleico.
Eucariota
Virus
Parásitos intracelulares obligados.
Funciones vitales: reproducción.
Envolturas + citoplasma
Envolturas +
Citoplasma +
núcleo
Animal
Vegetal
Cápsula proteica + Ácido
nucleico
A. Organización Procariota: Ej.: bacterias y algas verde azuladas
(Cianofíceas) pertenecientes al reino Monera.
Características:










No poseen núcleo definido.
No contiene nucléolos.
Su tamaño es pequeño, de 1 a 10 µm.
Metabolismo anaeróbico y/o aeróbico.
No tienen orgánulos, excepto ribosomas.
No tienen citoesqueleto.
Tienen un cromosoma circular.
Sin mitosis.
Con pared celular y algunas con cápsula.
No hacen fagocitosis y pinocitosis.
 Organización principalmente unicelular.
B. Organización Eucariota: Ejs.: Células vegetales y animales
pertenecientes a los reinos Protoctistas, Fungi, Metafitas y Metazoos.
Características:
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








Núcleo con membrana.
Contiene nucléolos.
Tamaño diez veces mayor que una procariota, de 10 a 100 µm.
Metabolismo aeróbico.
Poseen orgánulos citoplasmáticos.
Si poseen citoesqueleto.
Varios cromosomas lineales muy largos.
Pared celular celulósica en vegetales y de quitina en hongos.
Hacen fagocitosis y pinocitosis.
 Organización unicelular o pluricelular.
C. Organización Acariota o Acelular: Ej.: virus
Características:
* Más rudimentarios que procariotas y eucariotas.
* No son seres vivos propiamente dichos.
* Son moléculas de ácido nucleico (ADN o ARN) y proteína.
* Sólo visibles con microscopio electrónico.
* Son parásitos obligados.
* Tamaño medio de 0,1 µm.
Células vegetales y células animales: diferencias y analogías.
Célula animal
Célula vegetal
Membrana plasmática presente
presente
Núcleo
presente
presente
Nucleolo
presente
presente
Retículos
presente
presente
Vacuolas
pequeñas
grandes
Mitocondrias
presente
presente
Cromosomas
presente
presente
Centrosoma
presente
ausente
Plástidos
ausentes
presentes
Pared celular
ausente
presente
Plasmodesmos
ausentes
presentes
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Diferencias entre células eucariotas y procariotas.
Estructura/Proceso
en Eucariotas
en Procariotas
Membrana nuclear Presente
Ausente
Combinado con proteínas
ADN
Desnudo y circular
(histonas)
Cromosomas
Múltiples
Único
División celular
Mitosis o Meiosis
Fisión binaria
Presentes (con ribosomas
Ausente. Los procesos
Mitocondria
70S)
bioquímicos equivalentes
tienen lugar en la
Presentes en células
membrana
Cloroplasto
vegetales (con ribosomas
citoplasmática.
70S)
80S (a 60S y 40S sus
70S (a 50S y 30S sus
Ribosomas
subunidades)
subunidades)
Presente en vegetales,
Presente, constituida por
Pared celular
constituida por celulosa y en
mureína
hongos- quitina.
Nucléolos
Presentes
Ausentes
Retículo
Presente
Ausente
endoplásmico
Cilios y flagelos que al corte
transversal presentan una
Órganos de
Flagelos sin estructura
distribución característica
locomoción
9+2. Flagelina.
de microtúbulos: 9 + 2
Tubulina
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Las células son estructuras altamente organizadas en su interior,
constituidas por diferentes orgánulos implicados, cada uno de ellos en
diferentes funciones.
Sin embargo, todas las células eucariotas, que son las de todos
los seres vivos con la excepción de las bacterias cuyas células son
mucho más sencillas, comparten un plan general de organización:
1. Una MEMBRANA que determina su individualidad.
2. Un NÚCLEO que contiene el material genético y ejerce el control de la
célula.
3. Un CITOPLASMA lleno de orgánulos, dónde se ejecutan prácticamente
todas las funciones.
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ESTRUCTURA
COMPONENTE
Mosaico
Membrana celular
fluido:
bicapa
lipídica
FUNCIÓN
con
proteínas y glucocálix externo. Colesterol Límite de la célula y permeabilidad selectiva
en células animales
Pared celular
Hialoplasma
Citoesqueleto
Centríolos
Ribosomas
R.E. Rugoso
R.E. Liso
Aparato de Golgi
Lisosomas
Peroxisomas
Vacuolas
Pared primaria y pared secundaria de Responsable de la forma de las células; le da soporte mecánico,
fibras de celulosa y quitina en hongos.
Solución acuosa con alta concentración
de proteínas, esencialmente enzimas.
Participación en procesos metabólicos
Red tridimensional formada por filamentos Organización y control del espacio interior. Involucrado en la forma,
proteicos.
movimiento y división celular.
Centro organizador de microtúbulos. Formación del huso acromático.
Microtúbulos y pequeñas fibras
Formación de cilios y flagelos.
Dos subunidades formadas por ARN y
proteínas
Cisternas membranales intercomunicadas
con ribosomas adheridos.
Síntesis de proteínas
Síntesis, procesamiento y almacenamiento de proteínas.
Cisternas de membrana intercomunicadas Síntesis, almacenamiento y transporte de lípidos. Tratamiento y
irregulares, sin ribosomas.
Sistema
de
cisternas
eliminación de sustancias tóxicas.
de
membrana Maduración, almacenamiento y transferencia de glucoproteínas.
aplanadas, en relación con vesículas
Vesículas esféricas de membrana que
contienen enzimas digestivos.
Vesículas esféricas de membrana que
contienen enzimas oxidativas
Vesículas redondeadas
Orgánulos
Mitocondrias
protección y mantiene el balance osmótico
con
doble
Formación de membranas y pared celular, síntesis de lisosomas.
Digestión celular
Protección contra productos tóxicos del metabolismo del O2.
Almacenar sustancias: agua, sustancias nutritivas y de desecho.
membrana.
Presentan gran cantidad de enzimas, ADN
y ribosomas
Centrales energéticas de la célula: llevan a cabo la respiración
celular, consistente en la oxidación de nutrientes para obtener ATP.
Orgánulos con doble membrana, más una
Cloroplastos
tercera en su interior (tilacoidal). Contiene Responsables de la fotosíntesis.
enzimas, ADN y ribosomas.
Membrana nuclear
Doble membrana con poros.
Nucleoplasma
Composición similar al hialoplasma.
Separar y proteger el ADN del resto de la célula.
Contiene enzimas involucrados en la replicación del ADN, en la
transcripción del ARN y su empaquetamiento para el traslado al
citoplasma.
Cromatina
Nucléolo
ADN
más
proteínas
densamente
empaquetadas.
Portador de la información genética
Región esferoidal con alta concentración Constituye el organizador nucleolar, lugar de síntesis de las
subunidades ribosómicas.
de ARN y proteínas.
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Los procariontes incluyen el reino Monera. Las células están
rodeadas por una membrana y una pared celular. A las células
procarióticas les faltan las características "organelas" envueltas en
membrana subcelular de los eucariontes, pero pueden contener
sistemas de membrana dentro de la pared celular. Carecen de un
núcleo definido, su material genético se dispone en una región más
densa del citoplasma denominada nucleoide.
Las células procarióticas pueden tener pigmentos fotosintéticos
tales como los encontrados en las cianobacterias ("bacterias azules").
Algunas células procarióticas tienen flagelos externos en forma de
látigo para la locomoción o pili como pelos para adherirse. Las células
procarióticas tienen múltiples formas: cocos (redonda), bacilos
(bastones), y espiralada o espiroquetas (células helicoidales) .
Bacteria Pseudomonas
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Características básicas de los virus
Simplemente dicho, los virus son solamente partículas con
información genética rodeada por una capa de proteína. Pueden
contener estructuras externas y una membrana.
Los virus son parásitos intracelulares obligados, esto quiere decir
que necesitan una célula huésped para reproducirse. En su ciclo de
vida, un virus infecta una célula, permitiendo que la información
genética viral dirija la síntesis de nuevas partículas virales por la célula.
Hay muchas clases de virus, se pueden clasificar de formas
diferentes, una de ellas es según el tipo de célula que parasitan.
Aquellos que infectan a los humanos incluyen la polio, influenza,
herpes, viruela, varicela, gripe y el virus de la inmunodeficiencia
humana (VIH) que causa el SIDA.
Envuelta proteica
Retrovirus.
Virus de ARN.
Ácido nucleico
Bacteriófago, fago.
Virus complejo.
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Colorea las diferentes estructuras celulares.
Célula Animal
Célula Vegetal
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