GUIA DE APOYO 1

BIOLOGÍA E HISTOLOGÍA.ENFERMERÍA Y KINESIOLOGÍA.DOCENTES BIOLOGÍA: MIRTA CID. MÓNICA LATORRE. ANDRES OYANADEL.

GUIA DE APOYO N°1.UNIDAD N°1: BIOLOGÍA CELULAR.

EVOLUCIÓN Y CONCEPTO HISTÓRICO DE LA CÉLULA.

CIENCIAS DE LA VIDA.

Definiciones claves:

La biología: Es la ciencia que estudia la vida, entendiendo por vida el conjunto de cualidades propias de los seres vivos. Un ser vivo es un ser con una compleja estructura material capaz de nutrirse relacionarse y reproducirse, es decir, realizar las tres funciones vitales.

Organismos heterótrofos: Los animales, hongos y muchas bacterias, que son heterótrofos, no pueden asimilar el carbono oxidado y necesitan obtenerlo en forma de moléculas elaboradas por los autótrofos.

Organismos autótrofos: Utilizan como fuente de carbono el dióxido de carbono y como fuente energética, la luz o la energía que se desprende en reacciones químicas. Las plantas, las algas verdeazuladas y algunas bacterias son organismos autótrofos.

Fotosíntesis: Proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes y las algas, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biosfera terrestre, la zona del planeta en la cual hay vida, procede de la fotosíntesis.

Cloroplasto: Estructura de las células vegetales y de las algas, donde se lleva a cabo la fotosíntesis.

Gen: Unidad de herencia, partícula de material genético que determina la herencia de una característica determinada, o de un grupo de ellas. Los genes están localizados en los cromosomas en el núcleo celular y se disponen en línea a lo largo de cada uno de ellos. Cada gen ocupa en el cromosoma una posición, o locus. Por esta razón, el término locus se intercambia en muchas ocasiones con el de gen.

Ácido desoxirribonucleico (ADN): Material genético de todos los organismos celulares y casi todos los virus. El ADN lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. Se llama síntesis de proteínas a la producción de las proteínas que necesita la célula o el virus para realizar sus actividades y desarrollarse. La replicación es el conjunto de reacciones por medio de las cuales el ADN se copia a sí mismo cada vez que una célula o un virus se reproduce y transmite a la descendencia la información de síntesis de proteínas que contiene. En casi todos los organismos celulares el ADN está organizado en forma de cromosomas, situados en el núcleo de la célula.

Ácido ribonucleico (ARN): Material genético de ciertos virus (virus ARN) y, en los organismos celulares, molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica.

Transporte pasivo: Las sustancias atraviesan la membrana desde el lugar de mayor concentración hacia el lugar donde la concentración es menor, es decir, a favor del gradiente de concentración. Este proceso se denomina DIFUSIÓN. Cuando la sustancia que atraviesa la membrana es el agua, la difusión recibe el nombre de OSMOSIS.

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En la difusión simple las sustancias atraviesan las capas de fosfolípidos; en cambio, en la difusión facilitada intervienen las proteínas transportadoras: canales proteicos y carriers.

Transporte activo: El pasaje de sustancias se realiza en contra del gradiente de concentración. Es decir desde donde esta menos esta menos concentrada hacia d0onde la concentración es mayor. Por este motivo se requiere un gasto de energía. El transporte activo siempre se leva a cabo a través de las proteínas transportadoras.Cuando ingresan en la célula partículas sólidas de gran tamaño, el transporte recibe el nombre de FAGOCITOSIS. En cambio cuando ingresan sustancias liquidas, se denomina PINOCITOSIS.

Metabolismo: Catabolismo y Anabolismo.Conjunto de procesos que tiene lugar dentro de una célula se denomina METABOLISMO, y comprende dos tipos de reacciones químicas.Reacciones anabólicas: Son aquellas en las que se sintetiza un compuesto con gasto de energía (Síntesis, reducción de moléculas utilizando energía, Síntesis de carbohidratos, Fotosíntesis). Ej. “La fotosíntesis en los vegetales”

Reacciones catabólicas: Son aquellas en las que se segregan sustancias con el fin de liberar energía (Degradación, Desintegración de sustancias complejas, Respiración, Digestión). Ej. “La respiración”Catabolismo:

NIVEL DE ORGANIZACION CELULAR

1. Teoría celularEl primer nivel autónomo de organización de la materia está representado por la célula, pequeña

masa de materia viva capaz de vivir como organismo libre o de asociarse con otras unidades similares para formar un organismo multicelular. De acuerdo con la denominada teoría celular formulada en el siglo pasado (1839) por el botánico Mathias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann y complementada posteriormente por el médico Rudolf Virchow y otros investigadores, la célula es considerada como:

a) La unidad estructural , pues todos los organismos, tanto animales como vegetales, están formados por células y productos celulares.

b) La unidad funcional , pues en todos los tipos de célula, la composición química y los procesos metabólicos son similares. La célula puede desarrollar su actividad en forma individual (organismos unicelulares) o asociarse a otras células, interactuando y complementándose para construir organismos multicelulares.

c) La unidad de origen , pues toda célula se origina a partir de otra célula.d) La unidad bioquímica , pues la célula posee la maquinaría bioquímica que le permite autocopiar su

información genética y a través de ello, controlar la biosíntesis de las macromoléculas que participan en su estructura y funcionamiento.

2. Estructura básica de la célulaLa célula representa la unidad básica de organización de los seres vivos, tanto en lo morfológico

como en lo funcional. De otra forma, todos los seres vivos están constituidos por una o más células en las que ocurren los procesos metabólicos que permiten la mantención y autoperpetuación del organismo.

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En toda célula es posible diferenciar: Una membrana plasmática, que la limita de otras unidades similares y que controla el intercambio de

materiales con el medio. Una matriz coloidal o citoplasma, en la que pueden encontrarse variadas estructuras subcelulares u

organelos encargados de la realización de diversos procesos metabólicos y biosintéticos. Algunos de estos organelos son: ribosomas, lisosomas, retículo endoplásmico, complejo de Golgi, cloroplastos, mitocondrias, etc.

Un material genético constituido por ácido desoxirribonucleico (ADN), que controla la reproducción y el metabolismo celular y que puede estar rodeado por una membrana limitante (envoltura nuclear), formando un núcleo.

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2.1. Membrana plasmática

La membrana plasmática es una estructura superficial limitante, que da individualidad a la célula, separándola del medio externo o de otras unidades similares.

La membrana plasmática de las células animales y vegetales está formada por lípidos y proteínas, además de una pequeña cantidad de carbohidratos. Los principales lípidos de la membrana son fosfolípidos, que se disponen formando una doble capa. Cubriendo a la bicapa e inmersas en ella se encuentran distintos tipos de proteínas que, al igual que los lípidos, pueden desplazarse o cambiar de lugar en la estructura que forman. Esta última característica, junto a la disposición de las cabezas de los fosfolípidos y las proteínas que asoman por la superficie explica que a este modelo de membrana se le llame “mosaico fluido”.

La bicapa lipídica se forma espontáneamente y además se autorrepara, de modo que al hacerse un agujero en la bicapa, ésta se sella por sí misma.

Las proteínas de la membrana cumplen distintas funciones: constituir sistemas enzimáticos, actuar como moléculas receptoras y transmitir mensajes al interior de la célula, posibilitar el traslado de materiales a través de la membrana. Los carbohidratos se encuentran en la superficie externa de la membrana, contribuyendo a la recepción de mensajes y al reconocimiento de células similares para formar tejidos.

En resumen, las funciones de la membrana plasmática pueden ser: Participar en procesos de reconocimiento celular. Participar en la determinación de la forma celular. Recibir información externa y transmitirla al interior celular. Regular el movimiento de materiales entre los medios intra y extracelular y mantener la

concentración óptima para llevar a cabo los procesos celulares.

La superficie celular posee una serie de especializaciones o diferenciaciones que se relacionan con funciones tales como la absorción, secreción, transporte de líquidos y otros procesos fisiológicos. Algunas de estas diferenciaciones:

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Microvellosidades : proyecciones de la membrana que aumentan la superficie de absorción de materiales; se encuentran en gran cantidad en células de los riñones y del intestino.

Nexos : pequeños canales proteicos que se extienden entre las membranas de células adyacentes conectando sus citoplasmas y permitiendo el intercambio directo de algunos materiales; se encuentran en células nerviosas y músculos.

Desmosomas : estructuras que aumentan la adherencia entre membranas de células adyacentes; abundan en células de tejidos sometidos a elevada tensión mecánica como piel, útero y corazón.

Uniones estrechas : zonas de fusión de membranas de células adyacentes que actúan como barreras a la difusión de materiales entre los espacios intercelulares; se encuentran en las paredes de los capilares cerebrales, en ciertas células del testículo, en las células de las vellosidades intestinales, etc.

Las membranas plasmáticas de células animales y vegetales están cubiertas por distintos tipos de sustancias extracelulares que pueden considerarse productos de secreción de la célula que se incorporan a su superficie y que se encuentran en permanente renovación. Una de estas cubiertas es la pared celular de las células vegetales que forma una especie de exoesqueleto que da la protección y sustentación mecánica a la célula.

Los componentes biológicos que componen la membrana plasmática intervienen en la regulación del ingreso y la salida de distintas sustancias químicas. Los compuestos pequeños, como el agua, pueden ser transportados por mecanismos diferentes. A continuación nos ocuparemos del transporte de moléculas pequeñas y, posteriormente, de las macromoléculas y partículas grandes.

Los fosfolípidos de la membrana restringen el ingreso y salida de las sustancias polares (o sea, con un lado positivo y otro negativo). Los investigadores han podido definir que la membrana tiene una permeabilidad selectiva, es decir, permite el movimiento de algunas sustancias e impide el de otras. Por esta razón se dice que es una membrana semipermeable. Los factores que determinan la selectividad son el tamaño, polaridad y concentración de la sustancia que se debe transportar. Las moléculas más pequeñas, apolares y que se encuentran en elevada concentración en el exterior de la célula: oxígeno y nitrógeno, ingresan con mayor facilidad que las de tamaño semejante pero polares sin carga, como agua, urea, CO2 o glicerol, y éstas, a su vez, lo hacen más rápido que moléculas grandes como glucosa y sacarosa y éstas a su vez, más que los átomos con carga eléctrica (iones) como sodio, potasio, cloro y calcio.

El agua es una excepción a este respecto; aunque es una molécula insoluble en lípidos, atraviesa la membrana con gran facilidad. La explicación de este hecho tiene que ver con su reducido volumen molecular y con la ausencia de carga eléctrica.

2.2. CitoplasmaRodeada por la membrana plasmática se encuentra una región semilíquida, el citoplasma, en la

que tienen lugar la mayor parte de las reacciones químicas relacionadas con la fabricación y degradación de moléculas orgánicas. En el citoplasma es posible distinguir: citosol, citoesqueleto, inclusiones y una gran variedad de organelos u organoides.

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CitosolEl citosol constituye el medio interno celular en el que ocurren procesos de biosíntesis

(fabricación) de materiales celulares y de obtención de energía. Procesos mecánicos como el movimiento del citoplasma o ciclosis en células vegetales y la emisión de seudópodos en las células animales dependen de las propiedades de semilíquido del citosol.

El citosol está compuesto por agua, enzimas, ácidos nucleicos (del tipo ARN), proteínas estructurales, etc.

Citoesqueleto

Es una red de filamentos proteicos que surca el citosol, participando en la determinación y conservación de la forma celular, en la distribución de los organelos en el citosol y en variados tipos de movimientos celulares. Los principales tipos de filamentos citoesqueléticos son: Microtúbulos , de 25 m de diámetro, están

formados por la proteína tubulina. Filamentos intermedios , de 8 -10 m de

diámetro, por ejemplo, la miosina. Microfilamentos de actina , de 6 m de diámetro.

Otras funciones de los componentes del citoesqueleto son: Actuar como un sistema de transporte de materiales en el interior celular. Formar cilios (mediante microfilamentos) y flagelos (en base a microtúbulos), que participan en el

movimiento celular. Posibilitar el movimiento de los cromosomas por el citoplasma durante la reproducción celular y la

división del citoplasma al término de ésta. Permitir actividades mecánicas tales como la ocurrencia de movimiento o corrientes citoplasmáticas y

el movimiento de células animales mediante la emisión de seudópodos (movimiento ameboide).

InclusionesCorresponde a diversos tipos de sustancias que se almacenan en el citoplasma por un tiempo

variable y que en gran parte son elaborados por la propia célula. Estos productos, encontrados en cantidades variables, pueden presentarse como gotas de grasas, cristales, pigmentos, gránulos (glicógeno y almidón).

Organelos citoplasmáticosSon estructuras subcelulares de carácter permanente, cada una de las cuales posee una

morfología, composición química y función definidas. Figuran entre ellas: mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, ribosomas, retículo endoplásmico, complejo de Golgi, peroxisomas, centriolos, vacuolas.

Existen organelos que carecen de membranas limitantes (centríolos, ribosomas), pero la mayoría posee una o dos membranas envolventes que separan su contenido del citoplasma circundante para formar compartimentos intracelulares separados (lisosomas, mitocondrias). Algunos organelos forman un extenso sistema de endomembranas (membranas internas) que ocupan gran parte del volumen citoplasmático (complejo de Golgi, retículos endoplásmicos, envoltura nuclear). La presencia de membranas intracelulares divide la célula en compartimientos funcionalmente distintos, aumenta la

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superficie interna celular y proporciona un medio de sustentación mecánica para la estructura del citoplasma.

Retículo EndoplásmicoEs un organelo constituido por un sistema de túbulos y vesículas

interconectados que comunica intermitentemente con la membrana plasmática y nuclear y que funciona como un sistema de transporte intracelular de materiales. En las células existen dos tipos de retículo:

Rugoso (RER): Posee membranas cubiertas en su superficie externa por ribosomas. Como la función de los ribosomas es la síntesis de proteínas, el RER abunda en aquellas células que fabrican grandes cantidades de proteínas. La función del RER es fundamentalmente almacenar las proteínas fabricadas en los ribosomas.

Liso (REL): No posee ribosomas en su superficie. Participa en funciones como: síntesis de lípidos, como esteroides, fosfolípidos y triglicéridos; detoxificación de materiales nocivos que penetran en las células, especialmente en el hígado.

Complejo de GolgiEs un componente del sistema de

endomembranas constituido por sacos aplanados o cisternas, túbulos, vesículas y vacuolas. Está especialmente desarrollado en células que participan activamente en el proceso de secreción en las cuáles distribuye intracelularmente y exterioriza diversos tipos de sustancias sintetizadas en el RER y REL. Es un organelo de funciones múltiples: Posibilita la circulación intracelular de

materiales sintetizados en las porciones lisa y rugosa del retículo.

Sintetiza moléculas que forman parte de cubiertas celulares (celulosa) o de membranas celulares (glicolípidos y glicoproteínas).

Participa en la formación de lisosomas que contienen enzimas digestivas, así como del acrosoma, estructura del espermio que posibilita su penetración al óvulo.

LisosomasSon organelos presentes en células animales y vegetales provistos de una membrana limitante

que encierra gran cantidad de enzimas hidrolíticas que degradan materiales provenientes del exterior o de la misma célula. La membrana lisosómica es resistente a las enzimas que contiene y protege de la autodestrucción a la célula. La función lisosómica se traduce en:

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Digerir alimentos y otros materiales incorporados a la célula; esto permite a ciertos tipos celulares que se alimentan de gérmenes (glóbulos blancos), desempeñar un importante papel en la defensa orgánica.

Digerir restos de membranas celulares mediante un proceso denominado autofagia. Esta función permite la renovación y el recambio de componentes celulares en células lesionadas o que envejecen.

Digerir material extracelular mediante la liberación de enzimas en el medio circundante; así ocurre la digestión de los alimentos en el tubo digestivo, la remodelación del hueso formado y la penetración del espermio en la fecundación.

PeroxisomasSon organelos similares a los lisosomas, muy abundantes en ciertas células del riñón y del

hígado, y que se forman en el retículo endoplásmico. En las células vegetales contienen algunas enzimas que convierten grasas y aceites en carbohidratos. En las células animales contienen enzimas oxidativas que intervienen en la producción y degradación del peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), cumpliendo un rol detoxificador.

RibosomasSon organelos corpusculares relacionados con la síntesis de

proteínas. Pueden encontrarse libres en el citosol o adheridos a la superficie del RER. Los ribosomas libres sintetizan proteínas de uso interno, en tanto que los ribosomas adheridos a las membranas reticulares sintetizan proteínas lisosómicas (enzimas) y de secreción.

CentríoloEs un organelo presente sólo en células animales y en algunas plantas primitivas. Cuando no está

reproduciéndose, la célula posee dos centríolos dispuestos perpendicularmente entre sí. Cada uno de ellos está formado por un conjunto de microtúbulos dispuestos en forma radial. El centríolo organiza una estructura denominada huso acromático, que durante la división celular orienta el movimiento de los cromosomas por el citoplasma. Además, origina el cuerpo basal, estructura que a su vez da origen a los cilios y los flagelos. Vacuolas

Son vesículas intracelulares especialmente desarrolladas en la célula vegetal donde ocupan cerca del 90% del volumen celular, desplazando el citoplasma hacia la periferia. En la célula participan en el almacenamiento de sustancias nutritivas, de desecho o en proceso de digestión y en la regulación de la cantidad de agua que ingresa o sale de la célula.

PlástidosSon organelos de forma generalmente elíptica, relacionados con los procesos bioquímicos de las

células vegetales. Almacenan pigmentos y además tienen la capacidad de sintetizar y acumular sustancias de reserva como almidón, lípidos y proteínas. Según posean o carezcan de pigmentos, se les clasifica como:

Leucoplastos: carecen de pigmentos y abundan en tejidos de almacenamiento como tallos y raíces. Almacenan lípidos, proteínas y almidón.

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Cromoplastos: contienen diversos tipos de pigmentos responsables del color de las distintas estructuras vegetales. Entre ellos se destacan los cloroplastos, organelos de doble membrana que contienen el pigmento clorofila y un conjunto de enzimas que posibilitan la realización de la fotosíntesis, proceso por el cual las células vegetales sintetizan sustancias orgánicas utilizando como fuente energética la luz solar.

MitocondriasSon organelos de forma esférica o elíptica,

que se encuentran de manera constante en las células animales y vegetales, pero cuyo número varía de acuerdo a la actividad celular, siendo más elevado en aquellas células que tienen mucho gasto de energía.

Las mitocondrias son organelos dotados con una doble membrana que limita un compartimento en el que se encuentran diversas enzimas que controlan el proceso de la respiración celular. En este proceso, la energía química almacenada en las moléculas orgánicas (como la glucosa) es liberada gradualmente en reacciones que ocurren tanto en el citosol como en el interior de las mitocondrias.

2.3. NúcleoEl núcleo es una estructura que se presenta en todo

tipo de célula, excepto en las bacterias y cianobacteias. Comúnmente existe un núcleo por célula, si bien algunas células carecen de éste (como el glóbulo rojo) y otras son bi o plurinucleadas (como las células del músculo esquelético). La forma nuclear es variable dependiendo en gran parte de la forma celular, en tanto su tamaño guarda relación con el volumen citoplasmático.

El núcleo cumple dos funciones fundamentales: Controla la herencia y la reproducción celular. Actúa como regulados de la mayor parte de la actividad citoplasmática.

En el estado de reposo divisional o interfase, el núcleo está constituido por una envoltura nuclear o carioteca, el material genético o cromatina y uno o más nucléolos. Tanto la cromatina como el nucléolo están incluidos en un medio semilíquido llamado jugo nuclear o carioplasma. Durante la división celular se pierde esta organización, ya que desaparece la carioteca y el nucléolo, en tanto la cromatina se condensa y forma a los cromosomas.

Envoltura nuclearLa envoltura nuclear o carioteca es una doble membrana provista de poros que separa el

material cromosómico del medio citoplasmático. Forma parte del sistema de endomembranas presentando continuidad con el retículo endoplásmico.

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La superficie externa de la carioteca suele presentar ribosomas adheridos, mientras que a la superficie interna se adosan gránulos de cromatina. A través de los poros de la envoltura se mantiene un intercambio permanente de materiales entre el carioplasma y el citoplasma.

Cromatina y cromosomasEn el núcleo interfásico el material genético forma una red de gránulos y filamentos denominada

cromatina, constituida por el ADN y las proteínas. Durante la interfase o etapa de reposo divisional, la cromatina se duplica y luego se condensa para formar los cromosomas, que actúan como portadores de la información hereditaria.

Cada cromosoma está formado por dos brazos en cuyo punto de unión existe una estructura llamada centrómero a la que se fijan las fibras de los microtúbulos del huso acromático durante la división celular. Por otra parte, el centrómero mantiene temporalmente unidas las cromátidas o duplicados cromosómicos que resultan de la replicación de la cromatina en la interfase celular.

NucléoloEs una estructura intranuclear desprovista de membrana y presente únicamente en la interfase

celular. Alcanza su mayor desarrollo, en cuanto a tamaño y cantidad, en células que sintetizan activamente proteínas. En el nucleolo se sintetiza ARN y además se constituyen los ribosomas que luego se desplazan hasta el citosol y/o RER.

DIFERENCIAS ENTRE PROCARIOTAS Y EUCARIOTASGeneralmente son células pequeñas (1-10µ.) Generalmente son células grandes (10-100µ).Todos son microorganismos(bacterias y cianobacterias) Algunos son microorganismos, pero la mayoría son

pluricelulares (protistas, hongos, vegetales y animales).DNA circular en el citoplasma DNA en cromosomas dentro de un núcleo delimitado por

una membranaDivisión celular por fisión binaria.

Ausencia de centríolo y huso mitótico.

Sexualidad generalmente ausente.

División celular por mitosis.

Presencia de centríolo y huso mitótico.

Sexualidad generalmente presente, con la producción de gametos tanto en el macho como en la hembra.

Ausencia de movilidad intracelular.Algunos son anaerobios y otros aerobios.

Presencia de movilidad intracelularEn pluricelulares el desarrollo es a partir de un cigoto que es una célula diploide.Son aerobios.

No disponen de mitocondrias, por lo tanto las enzimas que oxidan las moléculas orgánicas están ligadas a la membrana celular.

Las enzimas que oxidan a las moléculas orgánicas están en las mitocondrias donde se degrada la glucosa a través del ciclo de Krebs durante la respiración celular.

Los que disponen de flagelos estos son simples formados de proteína flagelina.Pared celular de carbohidratos y péptidos.

Cilios y flagelos. Flagelos formados por microtúbulos. Pared celular celulosa o quitina.Los animales no tienen pared celular.

Los que realizan fotosíntesis no disponen de cloroplastos, por lo tanto la clorofila y las enzimas que participan en este proceso se localizan en el citoplasma.

Los que realizan fotosíntesis disponen de cloroplastos donde "empaquetan" la clorofila y las enzimas

Ribosoma sedimenta a 70 s. Ribosoma sedimenta a 80 s.

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Actividades Propuestas:

1. De acuerdo a las funciones descritas para cada una de las partes de la célula, deduzca la relación funcional que existe entre las siguientes estructuras:

a. Citoesqueleto y centriolos e. Centriolos y Núcleob. Núcleo y RER f. RER y Golgic. Golgi y Lisosomas g. Lisosomas y vacuolasd. Vacuolas y cloroplastos h. Cloroplastos y mitocondrias

Ejemplo: El REL se relaciona con los peroxisomas en que el REL fabrica lípidos y los peroxisomas están encargados de degradar lípidos.

2. Proponga al menos tres nuevas relaciones funcionales, distintas a las sugeridas antes.3. Realice un dibujo esquemático en que se relacione la estructura y la función del núcleo, RER, REL,

Golgi y vesículas de secreción.4. Realice una lista de todos los términos y/o procesos que le quedaron poco claros tras leer los apuntes,

para luego consultarlos en clase.5. Redacte tres preguntas que le parezcan interesantes sobre la estructura o la función de la célula (pero

que no puedan ser contestadas con los apuntes).

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