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LA CÉLULA

La célula (del latín cellulae: pequeño compartimiento o celda) es la unidad estructural y

funcional principal de los seres vivos.

Características estructurales:

� Todas las células están rodeadas de una membrana celular que las separa y comunica

con el exterior,

� Contienen un medio hidrosalino, el citoplasma, que forma la mayor parte del volumen

celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares.

� ADN, el material hereditario de los genes y que contiene las instrucciones para el

funcionamiento celular.

� ARN, que expresa la información contenida en el ADN.

� Enzimas y otras proteínas que ponen en funcionamiento la maquinaria celular.

� Una gran variedad de otras biomoléculas.

Características diferenciales y funcionales de las células

Las células vivas son un sistema bioquímico complejo. Las características que permiten

diferenciar las células de los sistemas químicos no vivos son:

1. Autoalimentación o nutrición. Las células toman sustancias del medio, las

transforman de una forma a otra, liberan energía y eliminan productos de desecho.

2. Autorreplicación o crecimiento. Las células son capaces de dirigir su propia síntesis. A

consecuencia de los procesos nutricionales, una célula crece y se divide, formando dos

células, en una célula idéntica a la célula original, mediante la división celular.

3. Diferenciación. Muchas células pueden sufrir cambios de forma o función en un

proceso llamado diferenciación celular. Cuando una célula se diferencia, se forman

algunas sustancias o estructuras que no estaban previamente formadas y otras que lo

estaban dejan de formarse. La diferenciación es a menudo parte del ciclo de vida celular

en que las células forman estructuras especializadas relacionadas con la reproducción, la

dispersión o la supervivencia.

4. Señalización química. Las células responden a estímulos químicos y físicos tanto del

medio externo como de su interior y, en el caso de células móviles, hacia determinados

estímulos ambientales o en dirección opuesta mediante un proceso que se denomina

taxis. Además, con frecuencia las células pueden interaccionar o comunicar con otras

células, generalmente por medio de señales o mensajeros químicos, como hormonas,

neurotransmisores, factores de crecimiento... en seres pluricelulares en complicados

procesos de comunicación celular y transducción de señales.

5. Evolución. A diferencia de las estructuras inanimadas, los organismos unicelulares y

pluricelulares evolucionan. Esto significa que hay cambios hereditarios (que ocurren a

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baja frecuencia en todas las células de modo regular) que pueden influir en la adaptación

global de la célula o del organismo superior de modo positivo o negativo. El resultado de

la evolución es la selección de aquellos organismos mejor adaptados a vivir en un medio

particular.

Tamaño, forma y función de las células:

Tamaño: Las mayoría de las células son microscópicas, es decir, no son

observables a simple vista sino al microscopio. Las células humanas son

muy variables: hematíes de 7 micras, hepatocitos con 20 micras,

espermatozoides de 53 micras y óvulos de 150 micras.

Forma y función: Las células presentan una gran variabilidad de formas,

e incluso, algunas no ofrecen una forma fija. Pueden ser: fusiformes (forma de huso),

estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o redondeadas, etc. Hay células

libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos

que son estructuras derivadas de un orgánulo celular (centriolo) que dota a estas células

de movimiento. La función que realice la célula determina su forma, por lo que

encontramos diferentes tipos de células:

1. Células contráctiles que suelen ser alargadas, como las células musculares.

2. Células con finas prolongaciones, como las neuronas que transmiten el impulso

nervioso.

3. Células con microvellosidades o con pliegues, como las del intestino para

ampliar la superficie de contacto y de intercambio de sustancias.

4. Células cúbicas, prismáticas o aplanadas como las epiteliales que recubren

superficies como las losas de un pavimento.

Origen de las células:

Se cree que todos los organismos que viven sobre la Tierra, proceden de una única célula

primitiva nacida hace varios miles de millones de años. Las similitudes entre todos los

seres vivos parecen tan acusados que no se puede explicar de otra manera.

Las células vivas surgieron probablemente en la Tierra gracias a la agregación

espontánea de moléculas, hace aproximadamente 3,5 millones de años. Conociendo los

organismos actuales y las moléculas que contienen, parece que debieron producirse por

lo menos tres etapas antes de que surgiera la primera célula:

1. Debieron formarse polímeros de ARN capaces de dirigir su propia replicación a través

de interacciones de apareamiento de bases complementarias.

2. Debieron desarrollarse mecanismos mediante los cuales una molécula de ARN pudiera

dirigir la síntesis de una proteína.

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3. Tuvo que ensamblarse una membrana lipídica para rodear a la mezcla autoreplicante

de ARN y moléculas proteicas. En alguna fase posterior del proceso evolutivo, el ADN

ocupó el lugar del ARN como material hereditario.

Hace unos 1500 millones de años se produjo la transición desde células pequeñas con

una estructura interna relativamente sencilla (células procariotas), hasta células más

grandes, más complejas como las que componen los animales y las plantas (células

eucariotas).

Clasificación de los seres vivos según el número de células:

� Seres vivos unicelulares: Están formados por una sola célula que funciona y sobrevive

más o menos independientemente de otras células.

� Colonias celulares: Son un conjunto de múltiples células similares que se agrupan

para vivir juntas, cooperando entre ellas, pero manteniendo la individualidad.

� Seres vivos pluricelulares: Están formados por miles o millones de células que se

especializan para vivir juntas sin capacidad para sobrevivir de forma independiente,

de tal manera que todas juntas forman un ser vivo, sin embargo todas ellas

proceden, por división, de una única célula inicial. En los organismos multicelulares,

las células se especializan o diferencian formando tejidos, órganos, sistemas y

aparatos. El ser humano es un organismo pluricelular formado por unos 220 tipos de

células diferentes.

Clasificación de los seres vivos según la complejidad estructural:

Existen dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas.

� Las células procariotas son estructuralmente simples. Sólo se encuentran formando

seres unicelulares o colonias. Las células procariotas poseen el material genético

disperso en toda su estructura.

� Las células eucariotas poseen membrana nuclear y contienen orgánulos rodeados de

membranas. Existen organismos eucariotas unicelulares, pero también existen

muchos eucariotas formando colonias y seres multicelulares. Los reinos biológicos

multicelulares: Animalia, Plantae y Fungi, están formados por células eucariotas.

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LA CELULA EUCARIÓTICA ANIMAL

EL NÚCLEO

Esta presente en todas las células eucariotas excepto en los

glóbulos rojos de los vertebrados superiores y algunas células

epidérmicas. Contiene la información hereditaria de la célula

en la forma de DNA.

Componentes. Envoltura nuclear; nucleoplasma; cromatina;

nucleolo.

Forma. Variable dependiendo del tipo de célula y el momento.

Tamaño. Entre 5 y 25 micras de diámetro. Es constante para

un determinado tipo de célula. Suele ser el orgánulo más

grande de la célula.

Número. Suele ser uno por célula, aunque hay excepciones. Algunos eritrocitos no

tienen; los hepatocitos pueden ser binucleados; y los osteoblastos y células musculares

estriadas son polinucleadas.

Posición. Suele ser central aunque en los adipositos es lateral y en células secretoras

puede estar en posición basal.

Funciones: Dirigir la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige el

desarrollo y funcionamiento de la célula y ser el lugar donde tiene lugar la replicación

(duplicación del ADN) y la transcripción (síntesis de ARN). La traducción ocurre en el

citoplasma.

LA ENVOLTURA NUCLEAR

Consta de una doble membrana (2 bicapas lipídicas) que en algunos puntos se unen

formando los poros nucleares.. A través de los poros nucleares pasan sustancias como

proteínas y RNA. Cuanto mayor actividad trancripcional tiene una célula mayor es el

número de poros La membrana exterior presenta ribosomas adheridos y es la

continuación del retículo endoplasmático rugoso.

LA CROMATINA

En el carioplasma que no se está dividiendo, el DNA está

combinado con proteínas como las histonas, dándole

una apariencia fibrilar. Esta combinación de DNA y

proteínas se llama cromatina. Durante la división celular

la cromatina se condensa en cromosomas.

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NUCLEOPLASMA O CARIOPLASMA

Es una matriz semifluida en el interior del núcleo que contiene tanto material cromatínico

como no cromatínico.

NUCLEOLO

Dentro del carioplasma se encuentra el nucleolo, el cual aparece más oscuro con el

microscopio electrónico. Alrededor del 5 al 10% del nucleolo es RNA, siendo el resto

proteína. Esta estructura es el lugar de síntesis del RNA ribosomal y de los componentes

esenciales del ribosoma. Los componentes proteicos de los ribosomas sintetizados en el

citoplasma entran en el núcleo a través de los poros nucleares para combinarse con el

RNA ribosomal recién sintetizado. Tanto las proteínas como el RNA forman las dos

subunidades de los ribosomas que salen del carioplasma a través de los poros y se

convierten en funcionales en el citoplasma.

El tamaño del nucléolo refleja su actividad. Éste muestra grandes variaciones en

diferentes células, y puede cambiar con el tiempo en una misma célula. Puede ocupar

más del 25% del volumen nuclear en células que están produciendo grandes cantidades

de proteínas.

La apariencia del nucléolo cambia dramáticamente durante el ciclo celular. Cuando la

célula se aproxima a la mitosis el nucléolo va reduciendo su tamaño, hasta que

desaparece cuando los cromosomas se han condensado y ha cesado toda la síntesis de

ARN. Cuando se reanuda la síntesis de ARNr al final de la mitosis, un discreto nucléolo

reaparece en las zonas cromosomales donde se encuentran los genes que codifican para

ARNr.

Figura del núcleo y el retículo

endoplásmico:

(1) Membrana nuclear.

(2) Ribosomas.

(3) Poros Nucleares.

(4) Nucléolo.

(5) Cromatina.

(6) Núcleo.

(7) Reticulo endoplásmico.

(8) Nucleoplasma.

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LOS CROMOSOMAS

Cromosoma (del griego chroma, color y soma, cuerpo o elemento): Nombre de los

pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del núcleo

celular durante la mitosis. Su número es constante para una especie determinada (en el

hombre, 46; de ellos 2 sexuales).

Están constituidos por ADN e histonas. Cuando la célula comienza su proceso de división

la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades

independientes.

Figura 2: Diferentes estados del ADN.

1. Hebra simple de ADN 2. Hebra de Cromátida (ADN con histonas). 3. Cromátida condensada durante la interfase con centrómero. 4. Cromátida condensada durante la profase. 5. Cromosoma durante la metafase.

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LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y OTROS ORGANOS MEMBRANOSOS

En las células eucariotas se distinguen dos tipos de

compartimentación:

� Sistemas internos de membrana. formados por el

retículo endoplasmatico (liso y rugoso) que es la

continuación de la membrana nuclear y el aparato de

Golgi.

� Orgánulos membranosos. Núcleo, mitocondrias,

plastos (solo en vegetales), peroxisomas, los

lisosomas y las vacuolas.

LA MEMBRANA PLASMÁTICA (MP):

Es una estructura semipermeable que separa la célula del medio externo.

Composición:

� Lípidos: La membrana citoplasmática de las células eucarióticas esta formada por

tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (colesterol).

� Proteínas: Son las que confieren especificidad de especie y función

� Glúcidos: En su mayoría son oligosacaridos unidos a proteínas (glucoproteínas) o

lípidos (glucolípidos). Se localizan en la cara externa de la MP.

Estructura:

La MP posee una estructura

dinámica formada por 2 capas

de fosfolípidos en las que se

hayan embebidas las moléculas

de colesterol (que le confieren

rigidez a la membrana) y las

proteínas que permite el

movimiento de agua, ciertos

iones y algunas grandes

moléculas hidrosolubles, como

azúcares y ciertos aminoácidos

a través de ella.

Los fosfolípidos tienen una cabeza hidrófila y dos colas hidrófobas. Las dos capas de

fosfolípidos se sitúan con las cabezas hacia fuera y las colas, enfrentadas, hacia dentro.

Es decir, los grupos hidrófilos se dirigen hacia la fase acuosa, los de la capa exterior de la

membrana hacia el líquido extracelular y los de la capa interior hacia el citoplasma.

Las proteínas embebidas en las capas de fosfolípidos atraviesan enteramente la

membrana creando poros por los que transitan grandes moléculas hidrosolubles, como

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azúcares y ciertos aminoácidos. También hay glucoproteínas embebidas en la membrana

con funciones de protección, inmunitarías, reconocimiento celular...

En los protozoos, la membrana envuelve y absorbe fluidos y material celular nutritivo, y

expulsa residuos.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Es un sistema membranoso intracelular que se

extiende entre la membrana nuclear y plasmática.

Constituye más de la mitad del componente

membranoso de la célula. Al unir la membrana

plasmática y la nuclear, divide el contenido líquido

del citoplasma en dos compartimentos: El espacio

luminar o cisternal contenido en el interior del

retículo y el espacio citósico que comprende el

exterior del retículo endoplasmático.

Existen dos tipos de reticulo endoplasmático: el rugoso y el liso.

Retículo endoplasmático rugoso:

Estructura:

Es una red de canalículos que lleva adheridos ribosomas en la cara citosólica de sus membranas.

Es una estructura característica formada por un apilamiento de membranas con pequeños gránulos

oscuros llamados ribosomas.

Funciones:

� Síntesis y almacenamiento de proteínas. Las proteínas sintetizadas por los

ribosomas adheridos pueden quedarse formando parte de las membranas o pasar

al lumen intermembranoso para dirigirse a otros destinos como el aparato de

Golgi, lisosomas o incluso al exterior.

� Glucosilación de proteinas. Esto se realiza en el lumen

Retículo endoplasmático liso:

Es muy parecido al anterior pero sin llevar adheridos ribosomas.

En la mayor parte de las células se presenta escasamente, salvo en las fibras musculares

estriadas en las que constituye el retículo sarcoplásmico y en las células ováricas, células

de la corteza suprarrenal y hepatocitos.

Funciones:

� Síntesis de lípidos.

� Contracción muscular.

� Detoxificación. Eliminación de sustancias que puedan ser nocivas al organismo.

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� Liberación de glucosa. Las reservas de glucógeno hepático se hayan en pequeños

gránulos adheridos a las membranas del REL. Cuando el organismo lo requiere y

tras un proceso bioquímico en el que se transforma el glicógeno en glucosa se

libera esta al torrente sanguíneo.

APARATO DE GOLGI

Es el centro de empaquetamiento de las células

eucariotas, responsable del transporte seguro de los

compuestos sintetizados al exterior de la célula. El

aparato de Golgi está conectado a la membrana

citoplasmática donde se fusiona y así poder excretar

el contenido fuera de la célula, proceso que se llama

exocitosis

Estructura:

Está compuesto de sacos membranosos que tienen

vesículas esféricas en sus extremos. Dichos sáculos se denominan dictiosomas, se

presentan en número de 4 a 8 y son aplanados rodeados de membrana y apilados unos

encima de otros.

En el se distinguen dos caras:

Cara externa, proximal o cis: Es la más próxima al retículo. De él recibe las vesículas

de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la membrana

del retículo endoplasmático rugoso (REr), introducidas dentro de sus cavidades y

transportadas por el lúmen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de

transición son el vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la cara externa

del aparato de Golgi.

Cara interna, distante o trans: Es la que se encuentra más cerca de la membrana

citoplasmática, de hecho sus membranas, ambas unitarias, tienen una composición

similar. En el interior de los sáculos del dictiosoma la proteína puede sufrir una serie de

modificaciones hasta su composición final. Cuando llega a la zona interna o distante pasa

a una vesícula de secreción pudiéndose unir a otras formando un gránulo de secreción

para mediante exocitosis salir al exterior celular.

Funciones:

� Empaquetadora de ciertos enzimas sintetizados en el retículo endoplásmico

rugoso en unos orgánulos llamados lisosomas. Estos enzimas catalizan reacciones

hidrolíticas incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, sulfatasas, lipasas y

fosfatasas.

� Transporte de vesículas del retículo endoplasmático rugoso, dirigiendo las

proteínas recién sintetizadas hacia los lugares que deben ocupar en la célula.

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� Glucosilación de lípidos y prótidos. Ejemplo: en el RER de las células acinosas del

páncreas se sintetiza la proinsulina que debido a las transformaciones que sufre

en el aparato de Golgi, tomará la forma o conformación definitiva de la insulina.

� Producción de membrana citoplasmática. Los gránulos de secrección cuando se

unen a la membrana en la exocitosis pasan a formar parte de esta.

LISOSOMA Y PEROXISOMAS

Los lisosomas son vesículas relativamente grandes formadas por el complejo de Golgi

que contienen enzimas hidrolíticas que sirven para digerir los materiales de origen

externo o interno que llegan a ellos.

El pH en el interior de los lisosomas es de 4,8; bastante menor que el del citosol (7). La

membrana del lisosoma estabiliza el pH bajo asímismo, protege al citosol y al resto de la

célula de las enzimas degradantes que hay en el interior del lisosoma. Las enzimas

digestivas necesitan un entorno ácido para funcionar correctamente.

Las enzimas más importantes en el lisosoma:

� Lipasa, que digiere lípidos,

� Proteasas, que digiere proteínas,

� Nucleasas, que digiere ácidos nucleicos.

MITOCONDRIAS

Es el orgánulo citoplásmico que contiene los enzimas que ayudan a transformar el material

nutritivo (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos) en trifosfato de adenosina (ATP), que la célula

utilizará como fuente de energía. Las mitocondrias suelen concentrarse cerca de las estructuras

celulares que necesitan gran aportación de energía, como el flagelo que dota de movilidad a los

(1) Nucleo.

(2) Poro Nuclear.

(3) Retículo endoplásmico rugosos(RER).

(4) Retículo endoplásmico liso(SER).

(5) Ribosoma en el RER.

(6) Proteinas que son trasportadas.

(7) Vesicula trasportadora.

(8) Aparato de Golgi(AG).

(9) Cisterna del AG.

(10) Transmembrana de AG.

(11) Cisterna de AG.

(12) Vesicula secretora.

(13) Membrana plasmática.

(14) Proteina secretada.

(15) Citoplasma.

(16) Espacio extracelular.

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espermatozoides de los vertebrados. La membrana

interna está muy invaginada (crestas mitocondriales)

y es donde tiene lugar la conversión de energía.

Aunque las mitocondrias son orgánulos de células

eucariotas se parecen a las células procariotas;

contienen sus propios ribosomas, que son 70 S, su

propio DNA el cual es una única molécula circular que

contiene la información genética necesaria para la

síntesis de un limitado número de proteínas cuya síntesis tiene lugar en los propios

ribosomas de las mitocondrias. Finalmente, las mitocondrias se dividen para formar

nuevas mitocondrias de forma parecida a como lo hacen los procariotas e

independientemente del núcleo celular; sin embargo, no se pueden dividir si se sacan del

citoplasma.

CITOPLASMA

El citoplasma es la parte que en una célula eucariota se encuentra

entre el núcleo celular y la membrana plasmática. Consiste en una

emulsión coloidal muy fina de aspecto granuloso, el citosol o

hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que

desempeñan diferentes funciones.

El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se

dan en las células.

El citosol esta compuesto entre un 70 y un 80% de agua mientras que el resto en su mayoría son

proteínas y en menor cantidad iones y moléculas orgánicas de pequeño tamaño: aminoácidos,

glúcidos y ATP.

Funciones.

Regulador del PH intracelular.

Lugar en el que transcurren la mayoría de las reacciones metabólicas celulares.

CITOESQUELETO

El citoesqueleto es el conjunto de filamentos proteicos

situados en el citosol que pueden formar estructuras

reticulares más o menos complejas y que contribuyen a la

morfología de la célula, a la organización interna de los

orgánulos citoplasmáticos y al movimiento celular.

� Microfilamentos de actina: intervienen en la

contracción muscular; formación del esqueleto

mecánico de las microvellosidades; cariocinesis

celular y movimiento ameboide.

� Filamentos intermedios: formados por proteínas fibrosas, muy resistentes y estables.

Forman redes que rodean al núcleo y se extienden hacia la periferia celular. Sus funciones

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son estructurales y de mantenimiento de la forma celular. (Filamentos de queratina de las

células epiteliales)

� Microtúbulos: son formaciones cilíndricas, uniformes y rectilineas que se encuentran

dispersas por el citoplasma o formando parte de cilios, flagelos o centriolos. Entre sus

funciones están: las de formar el huso mitótico; transporte intracelular de vesículas;

movimientos de las células.

CENTROSOMA

Es una estructura sin membrana formada por dos centriolos

rodeados de un material denso y amorfo. El centriolo es un

orgánulo en forma de cilindro hueco. Las paredes de los

centriolos están compuestas de nueve tripletes de microtúbulos.

En las células normalmente se encuentran en parejas en ángulo

recto, formando el centrosoma. Es u orgánulo exclusivo de las

células animales.

Son muy importantes en el proceso de división celular, pues

están relacionados con el movimiento de los cromosomas en este proceso. Se duplican al iniciarse

la mitosis y los pares se alejan a los polos, para formar el huso acromático.

CILIOS Y FLAGELOS

Son derivados centriolares a modo de expansiones

citoplasmáticas filiformes móviles localizados en las superficies

libres de algunas células. Los cilios son cortos y numerosos,

mientras que los flagelos son largos y generalmente en numero

de uno. Están compuestos por microtúbulos, 9 pares que

rodean un par central y todo ello rodeado por una membrana.

Su función esta relacionada con el movimiento de las células o

de los medios que la rodean.

RIBOSOMAS

Los ribosomas son orgánulos no membranosos sólo visibles

al microscopio electrónico debido a su reducido tamaño ( 29

nm. en célula procariota y 32 nm. en eucariota). Están en

todas las células vivas (excepto en los espermatozoides).

Su función es ensamblar proteínas a partir de la información

genética que le llega desde el ADN mediante el ARN

mensajero (ARNm).

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El ribosoma consta de dos subunidades que se encajan y trabajan juntas para la

traducción del ARNm en proteínas en el proceso de síntesis proteica. Cada subunidad

está formada por dos moléculas muy grandes de ARN (llamado ARN ribosómico) y

algunas proteínas más pequeñas.

Figura 1 : La subunidad grande (1) y la pequeña (2) se encajan

La información genética está en el ADN. Esa información se copia en ARN. El ribosoma

lee el ARN mensajero y ensambla la proteína con los aminoácidos suministrados por el

ARN de transferencia.

El proceso es el siguiente:

El ribosoma lee tres letras del código genético que ha transportado en ARNm. (Tres letras

codifican un aminoácido y se llaman codón).

Escoge el aminoácido correspondiente a esas tres letras.

Lee las siguientes tres letras (el siguiente codón) y ensambla el aminoácido

correspondiente al lado del anterior...

Y así hasta que llega un codón que dice que la proteína se acabó: es el codón de Stop.

Por ejemplo:

El ARNm es éste:

AUG-GCC-AAC-GGC-AUG-CCU-ACU-UAA

AUG le indica que tiene que empezar a ensamblar la proteína; es un COMENZAR.

GCC es Alanina. Coge Alanina y lo sujeta.

AAC es Arginina, lo pone al lado de la Alanina.

GGC es Glicina, lo ensambla al lado de la Arginina.

AUG era el símbolo de COMENZAR, pero ya ha comenzado; así que lo interpreta como

Metionina. Pone el aminoácido Metionina ensamblado con la Glicina.

CCU es Prolina. Ensambla la Prolina a la Metionina.

ACU es Serina. Ensambla la serina con la Prolina.

UAA es STOP. Deja de ensamblar la proteína.

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Por tanto la proteína ensamblada ha sido: Alanina-Argirina-Glicina-Metionina-Prolina-

Serina

INCLUSIONES CITOPLASMATICAS

En el citoplasma pueden existir sustancias inertes de naturaleza hidrofóbica denominadas

inclusiones. En las células animales las inclusiones más significativas son:

� Glucógeno en las células hepáticas y musculares de los animales.

� Triglicéridos en las células adiposas.

� Pigmentos como la melanina en los melanocitos de la piel.