Tema 2. La célula al desnudo

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Unidad 2: La célula como unidad básica de todos los seres vivos
Tema 2: La célula al desnudo
Tema 2. La célula al desnudo
- Parece que todo va relacionado. Después de mi última visita al hospital, vuelvo a casa y
al ponerme a ver la tele, aparece esta curiosa noticia: consiguen hacer un trasplante a un
hígado dañado de células de un hígado sano. He estado hablando con mi amiga Raquel y
dice que ella ya lo había oído, y que se hace no sólo con células hepáticas, sino con otras
como las de la piel.
- Bea, las células son los elementos de menor tamaño que presentan todas las funciones
de los seres vivos. Acuérdate que la célula eucariota, que vimos en el Tema anterior, se
caracterizaba por presentar su material genético encerrado en una doble membrana
llamada envoltura nuclear, que forma el núcleo. A su alrededor aparecía el citoplasma,
con orgánulos, y rodeando toda esta estructura aparecía la membrana plasmática.
- Sí, sí que me acuerdo. En una célula eucariota distinguimos tres componentes
principales: la membrana plasmática, el núcleo y el citoplasma. ¡Ah! y otro más si la
célula eucariota era vegetal, ya que aparecía por fuera de la membrana una pared de
celulosa.
- ¿Será la célula como una fábrica? Me la imagino un poco así. Un muro que forma
paredes y aísla la fábrica podría ser la membrana plasmática; todo lo de dentro el
citoplasma; orgánulos como mitocondrias los generadores de energía; los ribosomas y el
retículo serían cadenas de montaje; los lisosomas contenedores de digestión... y donde
se controla todo para que la fábrica funcione correctamente, podría ser el núcleo.
- No sé, habrá que investigar si es como imaginas...
En este vídeo puedes ver la estructura interna de la célula (no te preocupes por el sonido, fíjate solo en las
imágenes).
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Trata de completar los espacios en blanco del siguiente texto, en el que se comenta la estructura
general de las células.
Las células pueden clasificarse en dos grandes grupos. Las células
que tienen su material genético encerrado dentro de una doble
que delimita un
son células
, la envoltura nuclear,
celular.
En la célula eucariota podemos distinguir tres componentes principales: la membrana plasmática, el
núcleo y el
Externamente aparece una membrana plasmática que separa el medio
del medio
interno. Por dentro presentan un citoplasma en el que se encuentran
citoplasmáticos, que realizan diferentes funciones. En su interior también se encuentra el núcleo, que
contiene el material
Son células
en una región llamada
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las células cuyo material hereditario está libre en el citoplasma,
.
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1. Envolviendo a la célula: la membrana
plasmática
La membrana plasmática o celular es una estructura laminar muy delgada, de unos 75 Å, que rodea a la
célula actuando como barrera selectiva —controla el intercambio de sustancias entre el exterior y el
interior—, al mismo tiempo que permite la comunicación con el exterior, gracias a que presenta receptores
específicos que permiten la transferencia de información.
Las moléculas que forman la membrana plasmática presentan una disposición que recibe el nombre de
mosaico fluido.
Imagen 1. Autor: Daedalus. Licencia Creative Commons
Este modelo fue propuesto por Singer y Nicholson en 1972, y sirve para explicar que la membrana
plasmática está formada por dos capas superpuestas de lípidos —también llamada bicapa lipídica—,
en la cual se encuentran insertadas proteínas. En el exterior de la membrana, unido a los lípidos y a
las proteínas se sitúan glúcidos. Esto le da el aspecto de un "mosaico".
En la imagen 1, los lípidos son los números 4 y 7; las proteinas, el 5 y el 6. Los glúcidos están
representados con los números 1 y 3.
En una membrana plasmática, el 40% de su composición son lípidos.
Como recordarás, son moléculas esencialmente anfipáticas, moléculas que poseen un polo hidrófilo, polar,
que puede establecer atracciones con moléculas de agua y un polo hidrófobo, apolar, que no interacciona con
el agua.
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Imagen 2. Autor: Desconocido. Licencia Creative Commons
Las partes polares son atraídas por el agua y las apolares la rechazan, protegiéndose mutuamente,
formándose bicapas lipídicas.
Los más abundantes son fosfolípidos (55% del total de los lípidos), colesterol (25%) y glucolípidos y otros
ácidos grasos.
Los lípidos confieren a las membranas una cierta fluidez, ya que ellos pueden desplazarse dentro de la
bicapa.
Los movimientos de los lípidos en la membrana plasmática pueden ser:
Movimiento de rotación y flexión: Las moléculas pueden girar sobre sí mismas alrededor de su eje.
Movimiento de difusión lateral, si un lípido intercambia su posición con lípidos vecinos.
Flip-flop: Paso de un lípido de una monocapa a otra (este movimiento conlleva un gasto de energía
mayor que el movimiento anterior), es poco frecuente y necesita la participación de enzimas llamadas
flipasas.
Como has podido ver en la animación que se ha desplegado cuando has pinchado en la palabra
fosfolípidos, los lípidos que forman la membrana biológica son moléculas anfipáticas que le confieren a
esta bicapa una serie de propiedades. ¿Puedes decir si son verdaderas o no estas afirmaciones?
El proceso de formación de bicapas es espontáneo, ya que las porciones hidrófobas de las moléculas
huyen del agua y se quedan hacia el interior, y las partes hidrófilas quedan hacia fuera, entando en
contacto con el agua:
Verdadero
Falso
Las membranas biológicas tienden a cerrarse sobre sí mismas, formando vesículas esféricas:
Verdadero
Falso
Las membranas biológicas son completamente rígidas:
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Verdadero
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Falso
Los principales fosfolípidos que encontramos en la membrana son los que aparecen unidos a colina
(fosfatidilcolina); serina (fosfatidilserina); etanolamina (fosfatidiletanolamina); e inositol (fosfatidilinositol).
Imagen 4. Autor: Desconocido. Licencia Creative Commons
Imagen 5. Autor: Desconocido. Licencia Creative Commons
El colesterol se sitúa en la parte hidrofóbica de la bicapa. Su presencia contribuye a la estabilidad y fluidez
de la membrana ya que se une con las "colas" de la bicapa lipídica.
Las membranas de las células vegetales no contienen colesterol, tampoco las de la mayoría de las células
bacterianas.
La fluidez es una de las características más importantes de las membranas biológicas. Depende de
varios factores, tales como la temperatura, ya que al aumentar ésta, se aumenta la fluidez. También
depende de la naturaleza de los lípidos: la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta
favorece el aumento de fluidez; la presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su
fluidez y permeabilidad.
Las proteínas constituyen aproximadamente el 50% de la membrana, y se sitúan intercaladas o adosadas a
la bicapa de lípidos. Son de diverso tamaño y naturaleza, y son responsables de las funciones específicas de
la membrana.
Podemos clasificarlas en dos grandes grupos:
Proteínas integrales. Están unidas fuertemente a los lípidos y son difíciles de separar de la bicapa.
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Pueden atravesar la membrana, llamándose proteínas transmembranas —algunas atraviesan la
bicapa una sola vez y se las llama proteínas de paso único, y otras pueden atravesarla varias veces:
proteínas multipaso— o aparecer por fuera de la membrana, unidas a un lípido.
Proteínas periféricas. Aparecen a un lado u otro de la membranas. Se separan de ésta con bastante
facilidad.
Los glúcidos constituyen el glucocálix. Se encuentran en la parte externa asociados a lípidos (glucolípidos) o
a proteínas (glucoproteínas). Protegen a la superficie de la célula de daños, presentan función antigénica y
permiten el reconocimiento celular y la comunicación entre células.
Observa este vídeo sobre la estructura virtual de la membrana plasmática.
La membrana plasmática se caracteriza por presentar asimetría, es decir existen diferencias entre la
cara de la membrana que da al medio extracelular y la parte que da al interior de la célula.
¿Puedes decir a qué es debida esta asimetría?
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El modelo de mosaico fluido se caracteriza por:
Los lípidos y proteínas que forman la membrana plasmática forman un mosaico molecular; se
colocan unos junto a otros como las piezas de un mosaico.
Los lípidos y proteínas pueden desplazarse en el plano de la bicapa lipídica: las membranas son
fluidas.
Las membranas son asimétricas en cuanto a la disposición de sus componentes moleculares.
Fuente: Descartes (ITE). Autorizado su uso educativo no comercial
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1.1. Transporte a través de la membrana
Las membranas plasmáticas presentan una permeabilidad muy selectiva y es a través de ella donde se
realizan intercambios de materia y energía entre la célula y el medio externo.
Los mecanismos que utilizan las células para permitir el paso de sustancias varían en función de que se trate
de moléculas pequeñas o de macromoléculas y partículas.
El transporte de moléculas pequeñas puede ser de dos tipos:
Transporte pasivo o difusión, si las partículas se mueven a favor de su gradiente, es decir,
libremente desde la zona en la que están más concentradas a la zona en la que su concentración
es menor (puede ser difusión simple a través de la bicapa lipídica, difusión simple a través
de canales protéicos y difusión facilitada.
Transporte Activo, si las moleculas atraviesan la membrana contra el gradiente de
concentracion (es decir, de la zona más diluida a la más concentrada), se requieren proteínas
transportadoras específicas y un aporte de energía (para realizar el "bombeo"), que se traduce
en un consumo de ATP.
El transporte de macromoléculas permite a la célula incorporar o expulsar compuestos de mayor
tamaño. Se distingue entre:
Endocitosis: incorpora partículas mediante una invaginación de la membrana en la que quedan
incluidas. Si el material captado es líquido se llama pinocitosis; si las partículas captadas son
sólidas de mayor tamaño se llaman fagocitosis.
Exocitosis. Proceso mediante el que se expulsan sustancias contenidas en una vesícula, al
unirse ésta a la membrana plasmática y abrirse al exterior.
En este vídeo se muestra una animación de ambos procesos.
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El transporte a través de las membranas biológicas puede ser de moléculas pequeñas o de moléculas
de gran tamaño, existiendo diferentes mecanismos para que tengan lugar estos procesos.
¿Puedes realizar un cuadro en el que se observen las diferencias entre los sistemas de transporte de
pequeñas moléculas?
En esta animación puedes ver un resumen de los tipos de transporte que se producen a través de la
membrana plasmática. Una vez observados, podrías decir si son ciertas o no estas afirmaciones.
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El oxígeno y el agua pasan por difusión a través de la bicapa lipídica:
Verdadero
Falso
El paso de iones como el sodio y el potasio contra gradiente se hace con gasto de ATP:
Verdadero
Falso
¿Quieres repasar el transporte de sustancias a través de la membrana celular? Realiza estos ejercicios
interactivos o visita este enlace.
En el siguiente enlace puedes ampliar tus conocimientos acerca de la membrana plasmática:
http://www.educared.org/wikiEducared/La_membrana_plasm%C3%A1tica.html
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1.2. La pared celular vegetal
Las células vegetales, además de la membrana plasmática presentan un sistema de cubiertas,
segregadas por la célula y excretadas al exterior de la membrana plasmática, llamado pared celular
que se caracteriza por su alto contenido en celulosa, lo que la hace ser gruesa, rígida y organizada.
- ¿Recuerdas el dibujo que hizo Robert Hooke cuando observó, al microscopio, una
laminilla de corcho? La imagen que vio le recordó unas celdillas de un panal de abejas.
- "Las células no son muy profundas, pero consisten en pequeñas cajas, separadas por
poros, por ciertos diafragmas".
- Eso fue lo que él describió, ¿pero sabes realmente lo que vió? Eran las paredes
celulares de células muertas del corcho.
Imagen 6. Autor: Robert Hooke. Dominio
público
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La pared celular está formada por celulosa, y contiene una alta
proporción de agua (80%).
En ella podemos distinguir tres capas; comenzando desde el exterior y
hacia el interior de la célula, estas capas se llaman: lámina media, pared
primaria y pared secundaria.
Lamina media: se forma como placa celular en el momento de la
división celular y puede ser compartida por varias células. Es una
capa muy fina formada principalmente por pectinas y proteinas.
Pared primaria: capa más gruesa que la lámina media. Se forma
inmediatamente después de la división celular, antes de que la
célula complete su crecimiento.
Se encuentra formada por microfibrillas de celulosa
entrecruzadas, como si formaran una malla poco densa.
También hay hemicelulosa y pectina.
En algunas células es la única capa que existe, pudiendo
variar de grosor e impregnarse de lignina, que proporciona
rigidez a la planta.
Pared secundaria: aparece sólo en algunos tipos celulares. Está
formada por celulosa y lignina (o suberina) y en ella podemos
distinguir las capas S1 (externa), S2 (capa medial o central) y S3
(interna).
Imagen 7. Autor: Desconocido. Licencia
Creative Commons
La lámina media que forma parte de la pared celular de vegetales es una capa muy fina que puede
descomponerse con facilidad. Cuando esto ocurre, las células que mediante ella estaban unidas se
quedan sueltas y se separan en células individuales.
Cuando afirmamos que las manzanas se vuelven "harinosas" lo que ha ocurrido es que se produce
una disolución de esta capa por acción de pectinasas, lo que lleva al ablandamiento de los tejidos.
¿En qué orden se forman las capas de la pared celular?
Lamina media, pared secundaria, pared primaria.
Pared primaria, lámina media, pared secundaria.
Lámina media, pared primaria y pared secundaria.
La composición de la pared primaria es:
Pectinas y proteinas.
Principalmente lignina.
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Microfibrillas de celulosa entre las que se encuentran moleculas de hemicelulosa y pectinas.
Si la pared celular que presentan las células vegetales presenta un grosor variado, ¿cómo crees que se
producirá la comunicacion entre estas células?
¿Sabes por qué el papel con el paso del tiempo se vuelve de un color amarillo?
La responsable de que el tono del papel vaya cambiando de color a medida que pasa el tiempo es la
lignina. A nivel celular, la lignina se encarga de rellenar los espacios entre las células de la planta, en
su mayoría celulosa y pectina, haciendo la estructura de la planta mucho más fuerte.
Cuando se fabrica papel blanco hay que procesar la madera con productos químicos que eliminan la
mayor lignina posible, pero no toda, la cual termina reaccionando lentamente con el oxígeno del aire,
volviéndose más amarillenta con el tiempo.
Imagen 10. Autor: Universidad de Navarra. Licencia
Creative Commons
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2. Contenido celular: citoplasma
El citoplasma es la porción celular contenida entre la membrana
plasmática y el núcleo. En él distinguimos dos partes, una de ellas llamada
hialoplasma o citosol —es acuosa, rellena toda la célula y no tiene
estructura aparente—, la otra se denomina citoesqueleto y está formado
por un conjunto de fibras y túbulos.
El hialoplasma es un 85% agua en el que están disueltas numerosas
moléculas (glúcidos, proteínas, ARN, nucleótidos, iones...).
Su morfología es muy diferente no sólo de unas células a otras sino que,
dentro de una célula puede variar dependiendo de la zona y de las
condiciones fisiológicas.
Imagen 11. Autor: Desconocido. Autorizado
su uso educativo no comercial
En él aparecen dispersos orgánulos celulares, además es el medio donde
se realizan muchas reacciones químicas y gracias a su capacidad para
variar de viscosidad, algunas células pueden emitir prolongaciones del
citoplasma (pseudópodos), que le sirven para desplazarse.
En el hialoplasma de las células eucarióticas existe una red de filamentos
proteicos responsables de la forma de la célula, de la organización de los
orgánulos citoplasmáticos y de la movilidad celular que constituyen un
auténtico citoesqueleto.
En esta imagen al microscopio los filamentos del citoesqueleto aparecen
teñidos de verde.
Imagen 12. Autor: Desconocido. Dominio
público
Los filamentos que constituyen el citoesqueleto están interconectados y forman una red, que se
extiende desde la superficie celular hasta el núcleo. Se clasifican atendiendo a su composición proteica
en:
Microfilamentos.
Filamentos intermedios.
Microtúbulos.
Los microfilamentos presentan un diámetro de 3 a 7 nm. Se encuentran formados principalmente por una
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proteína llamada actina. Se suelen localizar en la periferia de la célula —formando una capa reticular llamada
córtex— y son responsables de la forma y del movimiento celular.
Imagen 13. Autor: Y tambe. Licencia Creative Commons
Imagen 14. Autor: Desconocido. Autorizado su uso educativo no
comercial
La imagen 14 muestra el citoplasma celular y la distribución de los microfilamentos. Para poder formar las
finas fibras la proteína que los forma, la actina tiene que ensamblarse, gastando energía, para formarlos.
Estos filamentos pueden formarse y deshacerse con facilidad.
Una de las funciones de los microfilamentos, como verás en el siguiente Tema, es participar al final de
la división celular en la formación de un anillo contráctil, que facilita la división del citoplasma y la
bipartición de la célula madre en dos células hijas.
Este enlace detalla las funciones de los microfilamentos:
http://www.2bachillerato.es/biologia/tema9/p2.html
Los filamentos intermedios se denominan así por tener un tamaño intermedio (aproximadamente 10 nm)
entre los filamentos de actina y los microtúbulos.
Están formados por proteínas filamentosas y forman redes de filamentos que rodean al núcleo y se
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extienden hacia la periferia. Fíjate en la imagen 15, teñidos de rojo, alrededor del núcleo. Su función principal
es dar rigidez a la célula, evitando la ruptura de la membrana plasmática en aquellas células que están
sometidas a fuertes presiones.
Imagen 15. Autor: WSchmidt. Licencia Creative Commons
Imagen 16. Autor: Desconocido. Autorizado su uso educativo no
comercial
Los microtúbulos son los componentes más abundantes del citoesqueleto, presentan forma cilíndricas (como
tubos huecos) con un diámetro externo 25 nm, formados por una proteína globulares llamada tubulina (α y β).
Para conocer más sobre la estructura de los microtúbulos sigue este enlace:
http://www.bionova.org.es/animbio/anim/citosk/micrtub.swf
Estos filamentos crecen a partir de una estructura llamada centrosoma o centro organizador de microtúbulos,
llegando hasta las proximidades de la membrana plasmática. Al crecer, van añadiendo tubulina a un extremo
(llamado extremo +), gastando energía en este proceso.
En la siguiente animación puedes ver este proceso:
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Su función es dar forma a la célula y participan en el movimiento, además de servir como canales a través de
los cuales se transportan sustancias a nivel intracelular.
Los microtúbulos, al igual que los microfilamentos, participan en la división celular. Lo microtúbulos son
responsables de la formación del huso mitótico, que se encarga durante la división celular de
organizar el movimiento y la separación de los cromosomas.
En este vídeo se hace un repaso del citoesqueleto. Presta atención ya que te ayudará a repasar, y
después contesta si son o no ciertas las afirmaciones siguientes.
La funcion del citoesqueleto es aportar a la célula soporte mecánico y sostén:
Verdadero
Falso
Los filamentos que contituyen el citoesqueleto son estáticos:
Verdadero
Falso
El citoesqueleto aparece tanto en células procariotas como en eucariotas:
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2.1. Estructuras relacionadas con el
citoesqueleto
Existen dos estructuras formadas por microtúbulos, por lo que se dice que son estructuras relacionadas con
el citoesqueleto. Uno de ellos es un orgánulo que carece de membrana: el centrosoma, el otro lo forman los
undulipodios —término que se utiliza para referirse indistintamente a cilios y flagelos—.
El centrosoma es una estructura cuyo componente principal son dos centriolos —al par de centriolos
se les llama diplosoma—. Es característico de las células animales y se suele localizar en una zona
cercana al núcleo. No está presente en las células vegetales.
Rodeando al diplosoma aparece un material denso y amorfo llamado centrosfera, de la que sale un
áster, formado por microtúbulos en crecimiento que se disponen en forma de radios a partir de la
centrosfera.
Los centriolos, son estructuras con forma de cilindros formados por microtúbulos. Como ves en la imagen
17, están formados por nueve grupos de 3 microtúbulos o tripletes, llamados microtúbulo A, al más interno, B
al central y C al más externo, y están conectados entre sí por una proteína llamada nexina, que en la imagen
18 aparece uniendo a los microtúbulos, coloreados de verde.
Imagen 17. Autor: Upload Bot. Licencia Creative Commons
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Imagen 18. Autor: Upload Bot. Licencia Creative Commons
Una vez que conoces cómo está formado el centriolo, no te será difícil decir si son verdaderas o falsas
estas afirmaciones.
Si el centrosoma es el Centro Organizador de Microtúbulos en él se formarán todas aquellas
estructuras que estén constituidas por microtúbulos:
Verdadero
Falso
La estructura general de un centrosoma es un par de centriolos (que forman el diplosoma), rodeado de
una masa amorfa llamada centrosfera, de la que parten filamentos que constituyen el áster:
Verdadero
Falso
Los cilios —cortos y numerosos con movimiento pendular— y los flagelos —largos y escasos, con
movimiento en espiral— son prolongaciones móviles que se localizan en la superficie de algunas células
animales.
La estructura de cilios y flagelos es muy parecida ya que externamente están rodeados por una porción de la
membrana plasmática y en su interior se aprecian partes diferentes:
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Imagen 20. Autor: Franciscosp2. Licencia Creative
Commons
Corpúsculo basal (en la imagen 20, el nº 4). Se encuentra en la base. Esta zona
presenta una estructura idéntica a la del centriolo y tiene una estructura de nueve tripletes
(9x3) de microtúbulos dispuesto en círculo (en la imagen, el nº 6). Unos tripletes se unen
con otros mediante cortas fibras de nexina.
Tallo o axonema. Es la prolongación de la base. Consta de 18 microtúbulos en 9 grupos
de 2 microtúbulos dispuestos en círculo y además aparecen dos microtúbulos centrales
no unidos (estructura 9x2+2). Cada par de microtúbulos permanece unido al siguiente
por fibrillas de nexina (el nº5 de la imagen inferior), pero además cada pareja de
microtúbulos presenta unas cortas fibras o brazos formados por una proteína llamada
dineína (en la imagen inferior aparece con el nº 3). Todo el conjunto está rodeado por una
porción de membrana plasmática.
Imagen 21. Autor: Neil916. Dominio público
Zona de transición. Es la base del cilio, la zona de unión entre el axonema y el
corpúsculo basal. En esta zona desaparecen los microtúbulos centrales.
La siguiente animación explica cómo se produce el movimiento de cilios y flagelos. Para conseguirlo se
necesita energía (ATP) que permitirá que los brazos de dineína de un microtúbulos se unan al par siguiente de
microtúbulos, tiran de él y vuelven a soltarse.
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Fuente: Bionova. Licencia Creative Commons
Realiza este ejercicio, te ayudará a fijar contenidos.
La función más importante de cilios y flagelos es el movimiento.
¿Tendrá este movimiento la misma función en una célula que libre que en la célula que está fija, es
decir, unida a otras?
- Raquel, creo que llevabas bastante razón al hablar de que la célula es como una fábrica
en continua actividad y muy coordinada, donde cada estructura realiza una función
importante.
- Ya lo creo. Sobre la función del orgánulo y la importancia en el correcto funcionamiento,
he leído una información interesantísima y muy curiosa sobre la dineína.
- La dineína? ¿La proteína que aparece en cilios y flagelos?
- Esa misma. ¿Sabes que una alteración en esta proteína lleva a que se produzca tos
crónica o algunos tipos de esterilidad?
- ¿Cómo?
- Esta proteína aparecía abrazando los microtúbulos de flagelos y cilios, permitiendo su
movimiento. Si falta o no funciona bien, los cilios de las vías respiratorias no funcionan y
se acumula el moco en ellas, apareciendo esa tos. Lo mismo pasa con los
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espermatozoides, el flagelo que permite que se muevan no funcionará, y no podrán llegar
al óvulo.
- Increíble, Raquel.
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3. Orgánulos citoplasmáticos
En la célula eucariota, el citoplasma es el espacio comprendido entre la membrana plasmática y el núcleo
celular cuya función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de los mismos.
Observando estos orgánulos vemos que algunos de ellos están formados por un sistema de membranas.
Orgánulos sin
membrana
Ribosomas y centriolos.
Orgánulos con
membrana simple
Retículo endoplasmático, aparato de Golgi,
vacuolas, lisosomas y peroxisomas.
Orgánulos con
doble membrana
Mitocondrias y plastos.
Los que aparecen rodeados por una membrana simple (sistema de endomembranas) aparecen ocupando
gran parte de la célula y están muy relacionados entre sí. En cada uno de ellos se realiza un tipo de reacción
química y al estar aislado del resto se impide que interfieran unas con otras.
En el vídeo has podido ver cómo son estos orgánulos y cómo están en la célula. También has
escuchado la función que realizan, por lo que no te será nada difícil completar este ejercicio, en el que
debes rellenar las palabras que faltan en el texto.
En la célula aparecen
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que presentan diferentes estructuras y realizan funciones
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diversas.
Algunos de estos orgánulos no aparecen rodeados de
centrosoma, formado por
, como por ejemplo el
, cuya función es participar en la división celular y en
la formación de cilios y
.
Entre los orgánulos membranosos encontramos el llamado sistema
.
En él se realizan coordinadamente funciones de transporte,
y almacenamiento en
diferentes orgánulos: el retículo
liso y rugoso forma unas vesículas
llamadas
(que están llenas de enzimas) y además transportan otras
vesículas al aparato de
, donde maduran y se convierten en lisosomas.
La vacuolas almacenan
que participan en la osmoregulación.
Entre los orgánulos formados por una doble
enzimas
que
permiten
)
aparecen mitocondrias, que contienen
la
entre
celular
los
que
destacan
los
y
plastos
cloroplastos,
en
(solo
los
que
en
células
ocurre
la
.
¿De dónde proceden las membranas que forman estos orgánulos?
No se sabe con plena seguridad cuál es el origen, pero sí se cree que tienen al menos dos orígenes
diferentes:
1. El sistema endomembranoso podría haberse formado al invaginarse la membrana plasmática,
en este caso su interior sería semejante al medio extracelular.
2. La presencia de orgánulos formados por una membrana doble, mitocondrias y cloroplastos,
podría explicarse mediante la teoría endosimbiótica que ya conoces; se cree que fueron células
procariotas fagocitadas por una célula, estableciendo con ella una relación simbiótica.
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Las células están limitadas por la membrana que engloba a una porción líquida, el citosol,
fundamentalmente acuosa, en la que se encuentran inmersos un conjunto de cuerpos que participan en
las distintas funciones celulares y que se denominan orgánulos celulares.
¿Puedes nombrar cuatro orgánulos citoplasmáticos membranosos?
¿Qué orgánulos constituyen el sistema endomembranoso?
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3.1. Orgánulos no rodeados de membrana
Ribosomas
Son estructuras globosas, esféricas, de aspecto muy poroso. Aparecen en todas las células y en ellas pueden
encontrarse aislados y dispersos por el citoplasma, unidos a las membranas del retículo endoplasmárico o a
la cara citoplasmática de la membrana nuclear, o unidos unos 40 o 50 a largos filamentos de ARN-m,
formando polisomas (o polirribosomas), como los que aparecen en la imagen inferior.
Imagen 23. Autor Desconocido. Licencia Creative Commons
También pueden aparecer en el interior de mitocondrias y cloroplastos.
Son estructura macromoleculares de ARN-ribosómico y proteínas en proporciones similares. Su diámetro
oscila entre 100-150 Å, siendo más pequeños en procariotas (70 s) que en eucariotas (80 s). Cada ribosoma
está constituido por dos subunidades, una grande y otra más pequeña.
Ambas subunidades permanecen separadas en el citoplasma y se unen durante la síntesis proteica
++
—permaneciendo unidas gracias a iones Mg —; cuando esta termina vuelven a disociarse.
Su función es la síntesis de proteínas.
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3.2. Orgánulos rodeados de membrana simple
Imagen 24. Autor: J.L.Sánchez Guillén. Autorizado su uso educativo no comercial
a) Retículo endoplasmático (RE)
Es un complejo sistema de membranas internas comunicadas entre sí y a su vez con la membrana plasmática
y la envoltura nuclear. La luz interna de las cavidades reciben el nombre de lumen o espacio luminal. Se
pueden distinguir dos tipos de RE; en la imagen 24, se observan los dos: uno con ribosomas unidos (retículo
endoplasmático rugoso) y el otro formado por membranas (retículo endoplasmático liso):
El RE rugoso (RER) está formado por sáculos aplanados, lleva ribosomas unidos a la cara de la membrana
que da al hialoplasma.
Los ribosomas se fijan por la subunidad grande, gracias a unas proteínas llamadas riboforinas. En la
membrana las riboforinas, actúan como canales por los que penetran las proteínas, que son sintetizadas por
los ribosomas adosados a la membrana. Este retículo realiza funciones de síntesis, almacenamiento y
transporte de proteínas. Una vez formadas las proteínas, estas pasarán al interior de las cavidades y
circularán por ellas, modificándose. El transporte de proteínas se realiza a través de vesículas formadas por
fragmentos de membrana del RER que llegarán hasta el aparato de Golgi.
El RE liso (REL) no lleva ribosomas y sus cavidades tienen forma de tubos sinuosos. En él se sintetizan
lípidos —principalmente fosfolípidos, glucolípidos y colesterol—, que una vez formados son transportados e
introducidos en vesículas que terminan por desprenderse y se dirigen a la membrana, a un órgano concreto o
hacia el aparato de Golgi.
Otras funciones importantes del RE liso son la detoxificación de sustancias tóxicas liposolubles e intervenir la
contracción del músculo estriado mediante la liberación del calcio del interior de los tubos del retículo.
En relación con el RE, ¿puedes decir cuál de ellos predominará en las siguientes células?
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1. En las células pancreáticas.
2. En células especializadas de los ovarios y de los testículos, que liberan hormonas esteroideas.
3. En células de organos como la piel, el riñón o el hígado, que transforman sustancias como
pesticidas, conservantes y algunos medicamentos.
b) Aparato de Golgi
Es un sistema de membranas formado por numerosas cavidades en forma de sacos discoidales curvados.
Imagen 25. Autor: Lourdes Luengo. Licencia Creative Commons
Las cavidades se denominan cisternas y se presentan rodeadas de numerosas vesículas. Los sacos
aplanados están agrupados unos encima de otros formando pilas de unos seis sacos; es el dictiosoma.
Asociadas a los extremos del dictiosoma aparecen vesículas de diferentes tamaños.
En cada dicitiosoma encontramos una cara cis o de formación, próxima al RER —con cavidades con forma
convexa—, una cara trans o de maduración, próxima a la membrana plasmática —las cavidades son de
forma cóncava—, y una zona media.
Por la cara cis, entran las vesículas que provienen del RER (vesículas de transición). Las moléculas vertidas a
las cavidades del AG se van transformando y madurando a su paso por las cisternas en dirección hacia la
cara trans donde se desprenden vesículas (vesículas de secreción) que llevan como contenido, moléculas ya
maduras y listas para ser utilizadas.
Mira en esta imagen cómo se forman las vesículas de transicion que pasan al aparato de Golgi.
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El aparato de Golgi recibe y almacena gran cantidad de moléculas procedentes de otros lugares de la célula,
especialmente del RE. En el interior de las cavidades se procesan o ensamblan con otras, quedando
macromoléculas ya completamente estructuradas y funcionales.
En el se produce la glucosidación de lípidos y proteínas, formando los glucolípidos y glucoproteínas de la
membrana. También se forman los lisosomas y la pared celular.
El aparato de Golgi transporta hacia diversos destinos las moléculas que pasan a través de él.
¿Quieres saber cómo se puede diferenciar en una microfotografía el retículo endoplasmático del aparato de
Golgi? En este enlace te lo explican.
Repasa estos contenidos con la siguiente actividad.
Como has visto, el aparato de Golgi recibe y almacena moléculas procedentes de otros lugares de la
célula, y en sus cavidades las procesa y modifica, haciéndolas funcionales para distribuirlas por la
célula. ¿Puedes decir si estará implicado en estas funciones?
Recibe vesículas llenas de proteínas que se han formado en el RER, con el fin de transformarlas:
Verdadero
Falso
Las vesículas formadas en el aparato de Golgi (vesículas de secrección), pueden dirigirse hacia la
membrana plasmática y expulsar su contenido al exterior por exocitosis.
Verdadero
Biología
Falso
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En el interior de los sacos del aparato de Golgi, tambien se concentran sustancias de naturaleza
glucídica, por tanto otra de las funciones del aparato de Golgi en las células vegetales es participar en
la formación de la pared celular:
Verdadero
Falso
Tiene un papel importante en la formación de espermatozoides:
Verdadero
Falso
c) Lisosomas
Son orgánulos que aparecen en todas las células, siendo más abundantes en las células animales. Se forman
a partir del aparato de Golgi.
Imagen 27. Autor: Desconocido. Licencia Creative Commons
Son vesículas redondeadas, rodeadas de membrana de estructura similar a la membrana plasmática. En la
cara interna de la membrana presentan un revestimiento de glucoproteínas que protege a la propia membrana
de la acción de las enzimas que hay en su interior.
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Los lisosomas contienen enzimas de tipo hidrolasas ácidas —fosfatasa ácida, glicosidasas, lipasas,
proteasas, ADNasa, etcétera— que se encargan de romper enlaces de macromoléculas y que funcionan de
manera óptima a pH ácido. Para conseguir ese ambiente ácido en la membrana del lisosoma, existen
proteínas que bombean iones H+ hacia el interior, de manera que el pH se mantenga próximo a 5. Estas
proteínas utilizan ATP para obtener la energía necesaria para el bombeo.
La función principal de los lisosomas es realizar la digestión, que puede ser extracelular —los lisosomas
vierten su contenido al exterior de la célula— o intracelular —si el sustrato procede del exterior se llama
heterofágica, si procede del interior celular, autofágica—, en ambos casos los lisosomas que contienen
únicamente enzimas digestivas en su interior —lisosomas primarios—, se unen con vesículas que contienen
sustancia, formándose un lisosoma secundario, cuyo contenido es heterogeneo y en el que se hace la
digestión del sustrato.
Los lisosomas que han finalizado el proceso digestivo y en su interior contienen residuos no digeribles reciben
el nombre de cuerpos residuales.
Existen muchas enfermedades derivadas del mal funcionamiento de los lisosomas, sobre todo debidas
a que las enzimas que contienen en su interior no funcionen correctamente y se produce una
acumulación de sustancias que no pueden ser degradadas. Un ejemplo es la enfermedad de Tay
Sachs; en ella, las células nerviosas no pueden descomponer lípidos y los acumulan, causando, entre
otros signos, sordera, ceguera, retraso en el desarrollo...
Otro tipo de enfermedades relacionadas con los lisosomas son aquellas en las que se produce
autofagocitosis excesiva, como ocurre en la gota, producida al romper los cristales de ácido úrico las
membranas de los lisosomas, liberándose sus enzimas al citosol, y generando autolisis.
También los lisosomas participan en la metamorfosis del renacuajo, destruyendo sus estructuras
características, como las branquias y la cola, y permitiendo que se convierta en adulto.
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d) Peroxisomas
Son similares a los lisosomas, pero contienen enzimas oxidativas u oxidasas que producen la oxidación de
diversos sustratos. Están constituidos por una vesícula formada a partir de las membranas del RE.
Imagen 28. Autor: Jurock. Licencia Creative Commons.
Sirven para eliminar el exceso de ácidos grasos, aminoácidos, NADPH, etcétera, y se utilizan para destoxificar
una gran variedad de moléculas tóxicas.
Un tipo de peroxisomas son los glioxisomas, presentes sólo en células vegetales. Contienen enzimas que
permiten sintetizar glúcidos a partir de ácidos grasos.
e) Vacuolas e inclusiones
Son estructuras delimitadas por una porción de membrana que pueden formarse a partir del RE, del aparato
de Golgi o de invaginaciones de la membrana plasmática. Sus funciones son almacenar sustancias —tales
como productos de desecho que resultarían perjudiciales si estuvieran en el citosol libres; sustancias
específicas como colorantes en las células de los pétalos de las flores, alcaloides venenosos...—, mantener
la turgencia celular, regular la presión osmótica —entre estas vacuolas destacan las vacuolas pulsátiles,
que aparecen en células que viven en ambientes hipotónicos, como es el caso de muchos protozoos.
Imagen 29. Autor: MesserWoland. Licencia Creative Commons
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3.3. Orgánulos rodeados de doble membrana
- ¡Qué razón tenías Raquel, en lo de que la célula es una enorme fábrica! El lugar de
construcción es el retículo endoplasmático, donde se termina de elaborar y se distribuye
en el aparato de Golgi...
- Y seguro que, con todo lo que hemos visto, la caldera que fabrica energía es la
mitocondria.
- Seguro que estos orgánulos son muy abundantes en células que requieran mucha
energía.
- Como las musculares, y seguro que aparecen de manera abundante en ¡¡las musculares
cardiacas que forman el corazón!! Esta información le interesa a mi tío, aunque seguro
que sus mitocondrias están ya a pleno rendimiento.
Los orgánulos rodeados de doble membrana son mitocondrias y cloroplastos, encargados de
fabricar energía para la célula.
Ambos orgánulos tienen en común:
Su estructura: presentan doble membrana que delimita un espacio interior.
Presentan enzimas para sintetizar energía (ATP).
Contienen ribosomas 70S.
ADN circular y doble.
a) Mitocondrias
Son orgánulos alargados presentes en todas las células. Al microscopio electrónico se puede observar que
están delimitadas por una doble membrana —la membrana mitocondrial externa que está en contacto con
el hialoplasma y membrana mitocondrial interna en contacto con el interior de la mitocondria—. Entre
ambas membranas, existe un espacio intermembrana de composición muy similar al hialoplasma.
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Imagen 30. Autor: J.L.Sánchez Guillén. Autorizado su uso educativo no comercial
La membrana mitocondrial externa es rica en porinas, que forman canales que permiten el paso de
moléculas de pequeño peso molecular hacia el espacio intermembrana.
La membrana mitocondrial presenta un fosfolípido especial llamado cardiolipina, que la hace muy
impermeable a partículas con carga. Esta membrana emite hacia el interior unas prolongaciones
llamadas crestas mitocondriales.
En la membrana mitocondrial interna se encuentran unas partículas esféricas, llamadas Factor F1,
unidas a la membrana mediante un pedúnculo llamado Factor F0. Esta estructura —llamadas
partículas elementales— constituyen un complejo enzimático que cataliza la síntesis del ATP (llamado
ATP sintetasa).
Aparecen también proteínas transportadoras de electrones que actúan formando una cadena y
proteínas transportadoras de iones y moléculas a través de la membrana.
Su función es la síntesis de energía en forma de ATP. El interior de la mitocondria recibe el nombre de
matriz mitocondrial y está relleno de un líquido con alto contenido de moléculas: ADN mitocondrial de doble
hélice cerrada, ribosomas mitocondriales, iones, enzimas, etcétera.
En esta animación puedes ver cómo son y su estructura interna:
Fuente: ITE. Autorizado su uso educativo no comercial
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Se llama genoma mitocondrial a una molécula de ADN circular que aparece en la matriz mitocondrial.
Según algunos científicos, las mitocondrias, y por tanto su ADN, sólo se transmiten por línea materna,
por lo que existiría un ancestro común para nuestras mitocondrias.
La Eva mitocondrial habría sido una mujer, probablemente africana, que en la evolución humana
correspondería al ancestro común más reciente femenino que poseía las mitocondrias de las cuales
descienden todas las de la población humana actual.
2. Cloroplastos
Son orgánulos exclusivos de vegetales autótrofas.
Al microscopio electrónico se observa una doble membrana —la membrana plastidial externa, rica en
porinas, y la membrana plastidial interna—, y entre ambas un espacio intermembrana.
El conjunto de membrana externa y membrana interna forma la envoltura externa.
Imagen 36. Autor: Desconocido. Licencia Creative Commons
En el interior aparece una tercera membrana llamada membrana tilacoidal, que se pliega hacia el interior
formando pequeñas vesículas en forma de sacos llamados tilacoides. En ocasiones, los tilacoides están
aislados, pero más frecuentemente están agrupados formando columnas de vesículas a modo de una torre de
monedas, a esta estructura se le llama grana.
En las membranas de los tilacoides aparecen los pigmentos (carotenoides y clorofilas) que permiten realizar la
fotosíntesis y las proteínas implicadas en este proceso, y su interior se denomina espacio tilacoidal.
El interior del cloroplasto se denomina estroma y está ocupado por un líquido que contiene ADN de doble
hélice y circular, ribosomas 70s, enzimas, inclusiones como granos de almidón o microgotas lipídicas...
Su función principal es realizar la fotosíntesis.
Observa su estructura en esta animación:
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Fuente: ITE. Autorizado su uso educativo no comercial
Los cloroplastos que contienen en su interior clorofila, pertenecen a un grupo de orgánulos de
estructura similar llamados plastos. Según el tipo de sustancias que contengan, los plastos, además de
cloroplastos, pueden ser:
Cromoplastos, contienen pigmentos coloreados, xantofila, carotenos, etcétera. Son
responsables de la coloración amarilla, naranja o rojo de las flores y frutos.
Leucoplastos, de color blanco, acumulan sustancias de diverso tipo, no coloreadas, por ejemplo
los amiloplastos muy frecuentes en las células que forman tejidos de reserva almacenan
almidón, y los oleoplastos si contienen lípidos.
Imagen 32. Autor: Aibdescalzo. Dominio público
Si quieres conocer más datos sobre plastos visita esta página.
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Mitocondrias y cloroplastos son orgánulos con doble membrana, que presentan muchas similitudes.
Realiza un cuadro comparativo entre ambos orgánulos, indicando las semejanzas y diferencias entre
ellos.
Repasa estos contenidos haciendo esta actividad.
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4. Núcleo celular
El núcleo es el lugar de la célula que contiene el material genético y dirige toda la actividad celular.
En el núcleo interfásico —estructura que presenta el núcleo cuando no se divide—, podemos observar
una envoltura nuclear, que encierra al nucleoplasma, en el que se encuentran el nucleolo y la
cromatina.
Fuente: ITE. Autorizado su uso educativo no comercial
a) Envoltura nuclear
Procede del retículo endoplasmático y rodea al núcleo separándolo del resto del citoplasma. Es una envoltura
doble formada por dos membranas: la membrana nuclear externa —que puede llevar unidos ribosomas en
la cara que da al citosol— y la membrana nuclear interna. Entre ambas queda un pequeño espacio
denominado espacio perinuclear, que se continúa con el espacio del retículo.
La membrana nuclear interna lleva asociada a su cara nucleoplásmica una red de filamentos proteicos que
forman la lámina fibrosa o corteza nuclear. Su función es participar en la formación de la envoltura nuclear
después de la mitosis y en la organización de la cromatina.
La envoltura nuclear no es continua, pues existen puntos en los que las dos membranas se unen creando unos
orificios denominados poros nucleares.
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Imagen 33 Autor: R. S. Shaw. Licencia Creative Commons
Los poros nucleartes, con un diámetro de entre 50-100 nm, están formados por una estructura compleja
llamada complejo del poro, constituida por ocho masas proteicas que se disponen en forma de octógono y
forman un anillo o cilindro hueco que reviste internamente el poro. Asociado al anillo se encuentra un material
denso, el diafragma, que disminuye la luz del poro hasta 10 nm.
Los poros nucleares regulan el intercambio de moléculas entre el núcleo y el hialoplasma.
b) Nucleoplasma
También se le denomina matriz nuclear. Es el medio interno del núcleo —similar al hialoplasma—, formado
por una disolución coloidal compuesta por agua, iones, numerosas proteínas —histonas que intervienen en el
empaquetamiento del ADN, enzimas que intervienen en la replicación y transcripción del ADN—, nucleótidos
necesarios para la síntesis de los ácidos nucleicos, etcétera.
Imagen 34. Autor: Desconocido. Autorizado su uso
educativo no comercial
c) Nucleolo
Es una estructura esférica, no rodeada de membrana, densa y con un contorno irregular. Su función es
fabricar los distintos tipos de ARN ribosómico que forman parte de las subunidades de los ribosomas.
Se encuentra formado por ARN, ADN y proteínas, y en él se distinguen, al microscopio electrónico, tres
zonas:
Zona fibrilar: zona más interna, formada por bucles de ADN que llevan información para sintetizar
ARNn (nucleolar); a estos fragmentos se les denomina organizadores nucleolares. Estos fragmentos
pueden pertenecer a uno o a varios cromosomas diferentes, que se denominan cromosomas
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organizadores del nucleolo.
Componente fibrilar denso: lugar del nucleolo donde el ADN organizador nucleolar de cada
cromosoma empieza a transcribirse. Una vez sintetizadas las copias de ARN nucleolar 45s, se unen a
proteínas formando fibrillas, que serán parte de los ribosomas.
Zona granular: zona más periférica, que contiene las subunidades ribosómicas en proceso de
maduración. Estas subunidades saldrán al citoplasma a través de los poros nucleares; allí terminan de
madurar y se unen a los ARN mensajeros, formando polirribosomas.
d) Cromatina
Se denomina así al material genético de la célula eucariota durante la interfase.
Con el microscopio óptico aparece como masas densas que se distribuyen por el núcleo.
Con el microscopio electrónico se observa que tiene estructura fibrilar formada por filamentos que se
entrecruzan entre sí, formando un retículo que está inmerso en el nucleoplasma; al comenzar la división
celular estos filamentos se condensan dan lugar a los cromosomas.
La cromatina están formada por ADN bicatenario lineal que está asociado a proteínas histonas, que son
proteínas básicas —ricas en aminoácidos básicos: arginina y lisina— de bajo peso molecular. Además, hay
otras proteínas no histónicas, en su mayoría enzimas que intervienen en la transcripción y replicación del ADN.
Las fibras de cromatina presentan distintos niveles de organización que facilitan su empaquetamiento:
nucleosoma, collar de perlas, fibras de 30nm (300A). Recuerda que ya lo vimos en la unidad 1, si quieres
repasarlo, mira este vídeo.
Durante la interfase pueden diferenciarse distintos tipos de cromatina:
Eucromatina: zonas donde la cromatina está poco condensada. Está formada por los fragmentos de
ADN correspondientes a los genes activos (transcriben ARNm) así como los fragmentos de ADN que
llevan información para la transcripción del ARNt y ARNr.
Heterocromatina: zonas donde la cromatina está muy condensada y por lo tanto se tiñe fuertemente,
representa el 90%. Se corresponde con las zonas en las que el ADN no se transcribe y permanece
funcionalmente inactivo durante la interfase.
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Rellena los espacios en blanco con las palabras correctas.
El núcleo es un orgánulo que sólo encontraremos en las células
por una doble membrana que presenta
filamentosa llamada
. Está formado
. En su interior encontramos una estructura
que está formada por ADN asociado a proteínas llamadas
Si quieres ver imágenes ampliadas sobre el núcleo, pincha los siguientes enlaces para apreciar:
Partes del núcleo.
Poros nucleares.
Estructura de la cromatina.
¿Quieres medir tus conocimientos sobre el núcleo? En este ejercicio tendrás que escoger la respuesta
correcta.
- Raquel, mira lo que acabo de encontrar, es una animación. Está en inglés, pero muestra
a la célula como una fábrica; la membrana celular como un muro, el núcleo como el
despacho donde todo se controla y donde está toda la información, el citoplasma como
un líquido donde nadan orgánulos.... ¡Qué acertadas estábamos! y además, ¡puede
ayudarnos a repasar!
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