II UNIDAD
LA CÉLULA Y LAS BASES DE LA HERENCIA
TEMA 05: ESTUDIO MORFOLÓGICO DE LA CÉLULA
Las células son las unidades fundamentales de la vida. Las bases biológicas del
comportamiento dependen de millones de células.
˜
Las células son las unidades más pequeñas que manifiestan las propiedades de
la vida.
˜
Todos los seres vivos están compuestos por células.
˜
Todo organismo ha sido alguna vez una única célula.
Estructura de una célula eucariota (vegetal – animal
Aunque las células difieren en tamaño, forma y función; tienen muchas cosas en
común. Es en estas cosas en las que nos vamos a centrar.
Las células no fueron descubiertas hasta tener medios
(microscopios) para ello.
En el siglo XVII se desarrollaba la óptica. Se atribuye a ROBERT HOOKE (1665) la primera
descripción de las células. Lo que observó lo llamó «cell» (porque le
recordaba la celdilla
de un panal). LEEUWENHOEK (1674) fue
el primero que reconoció células libres.
Sin embargo no fue hasta el siglo XIX cuando se
reconoció, gracias al
perfeccionamiento de los microscopios, que los tejidos animales también estaban
formados por células. SCHLEIDEN (1838) y SCHWANN (1839)
postularon la Teoría Celular.
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Asignatura: Psicobiología
Luego VIRCHOW (1856) añadió que toda célula procede de otra célula. En el siglo
XX se
inventó el microscopio electrónico, que permitió un
mayor conocimiento: el
descubrimiento de orgánulos.
La célulaes una estructura organizada, con orgánulos con funciones específicas.
La célula es una pequeña masa viscosa, y en el interior existen unos orgánulos
con
funciones muy diversas y muy específicas. Con un
microscopio óptico se ve a la célula
de tamaño de una canica. Esto nos permite distinguir núcleo y
citoplasma.
La teoría celular fue debatida a lo largo del siglo XIX, pero
fue Pasteur el que, con
sus experimentos sobre la multiplicación de los microorganismos unicelulares,
dio lugar
a su aceptación rotunda y definitiva.
Se puede resumir el concepto moderno de teoría celular en los siguientes
principios
1. Todo en los seres vivos está formado por células o por sus productos de
secreción. La célula es la unidad anatómica de la materia viva, y una célula
puede ser suficiente para constituir un organismo.
2. Todas las células proceden de células preexistentes, por división de éstas
(Omnis
cellula e cellula).
3. Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células, o en
su
entorno inmediato, controladas por sustancias que ellas
secretan. En una célula
caben todas las funciones vitales, de manera que basta una célula para tener un
ser vivo (que será un ser vivo unicelular). Así pues, la
célula es la unidad
fisiológica de la vida.
4. Cada célula contiene toda la información hereditaria necesaria para el
control del
desarrollo y el funcionamiento de un organismo de su especie y para la
transmisión de la información a las siguientes generaciones celulares. Así que la
célula también es la unidad genética.
La célula es la unidad esencial de todo ser vivo. Esademás la estructura
funcional fundamental de la materia viva según niveles de organización
biológica, capaz
de vivir independientemente como
entidad unicelular, o bien, formar parte de una
organización mayor, como
un organismo pluricelular. La célula presenta 2 modelos
básicos: la procarionte y eucarionte. Su organización general comprende:
membrana
plasmática, citoplasma y ADN (núcleo).
La teoría celular es la base sobre la que se sustenta gran parte de la
biología. Si
excluimos los virus, todos los seres vivos que forman los reinos biológicos
están
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Asignatura: Psicobiología
formados por células. El concepto de célula como unidad
funcional de los organismos
surgió en los años 1830 y 1880. Las investigaciones se vieron
retrasadas por el poco
avance de los microscopios ópticos.
La forma de la célula es variada y relacionada a la función que realizan en los
diferentes tejidos, algunas tienen formas típica, como las neuronas (células
del tejido
nervioso), son mas largas que anchas y otras, como las del parénquima (un tipo
de
célula de las plantas) y eritrocitos (glóbulos rojos de la sangre), son
equidimensionales
otras, como los leucocitos, son de forma cambiante. Muchas
células cuando se
encuentran en medio líquido tienden a tomar la forma esférica y, cuando están
agrupadas en grandes masas forma poliédrica.
El tamaño de la célula está en relación con su función. La mayor parte de las
células eucariotas sólo son visibles con el microscopioestando su diámetro
comprendido entre 10 y 100 micrones (salvo excepciones).
Por lo general el
tamaño resulta constante
para cada tipo celular e
independiente del
tamaño
del organismo, es decir
una célula del riñón de un
caballo es del
mismo orden
que la de un ratón. La
diferencia en el tamaño del
órgano se debe al número
de células y no al tamaño
de las mismas.
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Las células eucariotas están formadas por diferentes estructuras u orgánulos
que
desarrollan diversas funciones como
son
1. Nucléolo.
10. Vacuola.
2. Núcleo celular.
11. Citoplasma.
3. Ribosoma.
12. Lisosoma.
4. Vesículas de secreción.
13. Centríolo (Solo en la célula animal).
5. Retículo endoplasmático rugoso.
14. Membrana citoplasmática.
6. Aparato de Golgi.
15. Cloroplasto (Solo en la célula vegetal y de
las algas).
7. Citoesqueleto.
8. Retículo endoplasmático liso.
9. Mitocondria.
16. Pared celular(Solo en la célula vegetal, de
hongos y protistas).
1. LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
La membrana citoplasmática o plasmática es una estructura laminar que
envuelve el citoplasma de todas y cada una de las células, además de los orgánulos.
Es
una bicapa lípidica que sirve de 'contenedor' para los contenidos de
la célula, así como
protección mecánica. Esta formada principalmente por lípidos
y proteínas. Esta barrera
presenta una permeabilidad selectiva, lo cual le permite 'seleccionar'
las moléculas que
entran y salende la célula. Tiene un grosor
aproximado de 75 Å. Vista al microscopio
electrónico presenta entre dos capas oscuras una central más clara.
La membrana plasmática está compuesta por proteínas, lípidos y glúcidos, cuyas
masas guardan proporciones aproximadas de 50%, 40% y 10% respectivamente. Las
moléculas más numerosas son las de lípidos, ya que se cree
que por cada 50 lípidos
hay una proteína. Sin embargo, las proteínas, debido a su
mayor tamaño, representan
aproximadamente el 50% de la masa de la membrana. Entre las proteínas,
el 80% son
intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. De
las proteínas se pueden
encontrar las translocadoras o las enzimas asociadas a membrana, entre otras.
Esquema de una
membrana citoplasmática
según el modelo del
mosaico fluido (S.J. Singer
en 1971
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Los lípidos de la membrana son anfipáticos. Esto quiere decir que presentan un
lado hidrófilo (que da la cara al agua) y un lado hidrofóbico (que no se junta
con el
agua). De entre los lípidos, los más importantes son los fosfolípidos y
esfingolípidos, que
se encuentran en todas las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides
como el
colesterol. Estos últimos no existen o son escasos en las
membranas
plasmáticas de las células procariotas.
La función básica de la membrana plasmática reside en mantener el medio
intracelular diferenciado del entorno. Esto
es posible gracias a la naturaleza aislante
en medioacuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que
desempeñan
las proteínas. La combinación de transporte activo y transporte pasivo
hacen de la
membrana plasmática una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse
del
medio.
Los esteroides, como el
colesterol, tienen un importante papel en la regulación
de las propiedades, es decir que su rol es muy importante físico – químicas de
las
membrana regulando su resistencia
y fluidez.
En el componente proteico reside la mayor parte de la funcionalidad de la
membrana, las proteínas realizan funciones específicas y podemos clasificarlas
según
su función en

Estructurales: estas proteínas hacen de 'eslabón clave' uniéndose al
citoesqueleto y la matriz extracelular.
˜
Receptores de membrana: que se encargan de la recepción y transducción de
señales químicas.
˜
Transportadoras a través de membrana: mantienen un gradiente electroquímico
mediante el transporte de diversos iones.
En el transporte transmembrana podemos hablar de
Transporte pasivo: Se produce sin consumo de energía y a favor de gradiente
electroquímico.
Transporte activo: Se produce con consumo de energía y en contra de gradiente
electroquímico.
El componente glucídico forma el glucocáliz, con funciones de cierta protección
ante agresiones mecánicas y químicas, y la que parece más importante ya que
permite
diferenciar el exterior celular permitiendo un
reconocimiento intercelular.
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CARRERA PROFESIONAL DEPSICOLOGÍA
2. EL NÚCLEO CELULAR
El núcleo celular es la estructura más característica de las células
eucariotas. Se
rodea de una cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material
hereditario, que es la base del repertorio de instrucciones en que se basa el
desarrollo y
el funcionamiento de cada organismo, y cuya composición se basa en el ácido
desoxirribonucleico (ADN).
EL NÚCLEO CELULAR
Por la existencia del
núcleo, en las células eucariotas se dan en espacios
separados los procesos de replicación del
genoma y transcripción del ARN, que ocurren
dentro, y la biosíntesis de proteínas (traducción), que se produce fuera. Esta
compartimentación es una de las condiciones de la complejidad del control
funcional que
distingue a los eucariontes de los procariontes.
El núcleo es una estructura dinámica, que en los organismos con mitosis abierta
se deshace durante el reparto cromosómico. Se llama núcleo interfásico al que
se
observa antes de la mitosis y después de ésta, ya duplicado; es decir, durante los
momentos del
ciclo celular que no corresponden a la mitosis. Cuando no se
especifique
otra cosa, las explicaciones siguientes se refieren al núcleo interfásico.
Además, el núcleo cuenta con una estructura que se tiñe con facilidad, el
denominado nucléolo.
El núcleo es casi siempre una estructura esferoidal
relativamente grande, cuando
se la compara con los orgánulos citoplasmáticos comunes. En términos
absolutos
puede medir menos desde 1 µm (en los llamados nanoeucariontes) hasta más de 20
µm. Su volumen guarda cierta proporcionalidad con el delcitoplasma.
El núcleo tiende a ocupar una posición central, pero
en las células adultas de las
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plantas se ve desplazado a la periferia por el importante volumen del
vacuoma (conjunto
de vacuolas).
Lo típico es que cada célula eucariota contenga un
núcleo, sin embargo son
frecuentes e importantes las excepciones. Los eritrocitos
(glóbulos rojos) maduros de
casi todos los mamíferos carecen de núcleo.
El núcleo interfásico presenta al menos las siguientes partes diferenciadas
1. Envoltura nuclear: También llamada carioteca, es la envuelta que rodea y
delimita al
núcleo propio de la célula eucariota. La envoltura nuclear aparece atravesada
de
manera regular por perforaciones, los poros nucleares. Estos
poros no son simples
orificios, sino estructuras complejas acompañadas de una armazón de proteínas,
que
facilitan a la vez que regulan los intercambios entre el núcleo y el
citoplasma. Se llama
complejo del
poro a cada una de esas puertas de comunicación. Por ahí salen las
moléculas de ARNm producidas por la transcripción, que deben ser leídas por los
ribosomas del
citoplasma. Por ahí salen también los complejos de ARNr y
proteínas a
partir de los cuales se ensamblan en el citoplasma los ribosomas. Por
los poros entran
al núcleo las proteínas, fabricadas en el citoplasma por los ribosomas, que
cumplen su
papel dentro del
núcleo.
2. La cromatina
Diferentes niveles de condensación de ADN. (1) Hebra simple de ADN. (2) Hebra
decromatina (ADN con histonas, 'cuenta de collar'). (3) Cromatina durante la interfase con
centrómero. (4) Cromatina condensada durante la
profase (Dos copias de ADN están
presentes). (5) Cromosoma durante la metafase.
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La cromatina es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no histónicas que se
encuentra en el núcleo de las células eucariotas y que constituye el cromosoma
eucariótico.
Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas.
Éstos se encuentran
formados por aproximadamente 146 pares de bases de longitud (el número depende del
organismo), asociados a un complejo específico de 8 histonas nucleosómicas
(octámero
de histonas). Cada partícula tiene una forma de disco, con un diámetro de 11 nm
y
contiene dos copias de cada una de las 4 histonas H3, H4, H2A y H2B. Este
octámero
forma un núcleo proteico alrededor del que se enrolla la hélice de ADN (da
aproximadamente 1.8 vueltas). Entre cada una de las asociaciones de ADN e
histonas
existe un ADN libre llamado ADN 'espaciador', de longitud variable
entre 0 y 80 pares
de nucleótidos que garantiza flexibilidad a la fibra de cromatina. Este tipo de
organización, permite un primer paso de compactación del material genético, y
da lugar
a una estructura parecida a un 'collar de cuentas'.
Posteriormente, un segundo nivel de organización de
orden superior lo constituye
la 'fibra de 30nm' compuestas por grupos de nucleosomas empaquetados
uno sobre
otros adoptandodisposiciones regulares gracias a la acción de la histona H1.
Finalmente continua el incremento del
empaquetamiento del
DNA hasta obtener
los cromosomas que observamos en la metafase, el cual es el máximo nivel de
condensación del ADN.
La cromatina se puede encontrar en dos formas

Heterocromatina, es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la
periferia del
núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. La
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8
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heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes

la constitutiva, idéntica para todas las células del
organismo y que carece
de información genética, incluye a los telómeros y centrómeros del
cromosoma que no expresan su ADN.
˜
la facultativa, diferente en los distintos tipos celulares, contiene
información
sobre todos aquellos genes que no se expresan o que pueden expresarse
en algún momento. Incluye al ADN satélite y al corpúsculo de
Barr.
Se ha visto que en la formación de heterocromatina
frecuentemente
participa
el
fenómeno
de
RNA
interferente.
Por
ejemplo
en
Schizosaccharomyces pombe, la heterocromatina se forma en el centrómero,
telómeros y en el loci mating-type [1]. La formación de la heterocromatina en
el
centrómero depende del
mecanismo de ARN de interferencia (ARNi). ARN doble
cadena complementarios son producidos de secuencias repetidas localizadas en
el centrómero, que inducen RNAi y seguidamente metilación de la lisina 9
histona3 y enlazamiento de Swi6 (proteína estructural de la heterocromatina, la
cual es
homóloga a HP1 en mamíferos).
˜
Eucromatina, está diseminada por el resto del núcleo (menor condensación), se
tiñe débilmente con la coloraciones (su mayor tinción ocurre en la mitosis y no
es
visible con el microscopio de luz. Representa la forma activa
de la cromatina en la
que se está transcribiendo el material genético de las moléculas de ADN a
moléculas de ARNm, por lo que es aquí donde se encuentran la mayoría de los
genes activos.
La distinción tajante entre eucromatina activa y heterocromatina inactiva es
aceptable actualmente, pero con importantes reservas.
3. Nucleoplasma: El nucleoplasma es el medio interno del núcleo celular, en el se
encuentran las fibras de ADN, que asociadas con proteínas denominadas histonas
forman hebras llamadas cromatinas y ARN conocidos como nucleolos.
4. Nucleolo: El nucléolo es un suborgánulo del núcleo que tiene como principal función
la síntesis de los ARNr. Entre las funciones del núcleo tenemos

Dirige la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige
el
desarrollo y funcionamiento de la célula.
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
Es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y
la transcripción (síntesis de
ARN), mientras que la traducción ocurre en el citoplasma. En
las células
procariotas todos esos procesos coinciden en el mismo compartimento celular.
3. EL CITOPLASMA Y LOSÓRGANELO CELULARES
El citoplasma es la parte del
protoplasma 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
organelos celulares que desempeñan diferentes funciones. Su función es mantener
flotando los organelos celulares y al mismo tiempo ayuda al movimiento de los
mismos.
El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos
que se dan en las células.
El citoplasma se divide en ocasiones en una región externa gelatinosa, cercana
a
la membrana, e implicada en el movimiento celular, que se denomina ectoplasma;
y una
parte interna más fluida que recibe el nombre de endoplasma y donde se
encuentran la
mayoría de los orgánulos.
El citoplasma de las células eucariontas está subdividido por una red de
membranas conocidas como
retículo endoplasmático (liso y rugoso) que sirven como
superficie de trabajo para muchas de sus actividades bioquímicas.
El retículo endoplasmático rugoso está presente en todas las
células eucariontas
y predomina en aquellas que fabrican grandes cantidades de proteínas para exportar.
Es continuo con la membrana externa de la envoltura nuclear, que también tiene
ribosomas adheridos.
En biología celular, se denominan orgánulos llamados también organelas
organelos o mejor elementos celulares, a las diferentes estructuras suspendidas
en el
citoplasma de una célula eucariota, que tienen una forma y unas funciones
especializadas bien definidas y diferenciadas.
No todas las células eucariotascontienen todos los orgánulos al mismo tiempo
aparecen en determinadas células de acuerdo a sus funciones.
1. Citoesqueleto
El
citoesqueleto
es
un
entramado
tridimensional
de
microtúbulos
y
microfilamentos que proveen el soporte interno para las células, anclan las
estructuras
internas de la misma e intervienen en los fenómenos de movimiento celular y en
su
división.
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El citoesqueleto
2. Centriolo (centrosoma)
En biología celular, los centríolos son una pareja de estructuras que forman
parte
del
citoesqueleto semejantes a cilindros huecos, siendo una pareja de centriolos un
diplosoma sólo presentes en células animales.
3. Retículo endoplasmático
El retículo endoplásmico, es una red de membranas interconectadas que forman
cisternas, tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en
funciones relacionadas con la síntesis protéica, metabolismo de lípidos y
algunos
esteroides, así como
el transporte intracelular.
Se encuentra en la célula animal y
vegetal pero no en la célula
procariota. Se encuentra unido a
la
membrana
mientras
que
nuclear
el
endoplasmatico
liso
prolongación
del
externa
retículo
es
una
retículo
endoplasmatico rugoso.
Imagen de un núcleo, el retículo endoplasmático y el
aparato de Golgi.
(1) Núcleo. (2) Poro nuclear. (3) Retículo endoplasmático rugoso (REr). (4)
Retículo
endoplasmático liso (REl). (5) Ribosoma en el RErugoso. (6) Proteínas siendo
transportadas. (7) Vesícula (transporte). (8) Aparato de Golgi. (9) Lado cis del
aparato
de Golgi. (10) Lado trans del aparato de Golgi. (11) Cisternas del
aparato de Golgi.
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
El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los
numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas
denominadas 'riboforinas'. Tiene unos sáculos más redondeados cuyo
interior se
conoce como 'luz del reticulo' o 'lumen' donde caen las proteínas
sintetizadas en
él. Está muy desarrollado en las células que por su función ceben realizar una
activa labor de síntesis, como
las células hepáticas o las células del
páncreas.
El retículo endoplasmático rugoso (RER), también es llamado Retículo
Endoplasmático Granular, Ergastoplasma o Retículo Endoplásmico Rugoso y en
la células nerviosas es también conocido como Cuerpos de Nissl.
˜
El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y participa en el
metabolismo de lípidos.
Funciones del Retículo Endoplasmatico

Síntesis de proteínas: La lleva a cabo el retículo endoplasmatico rugoso
mediante los ribosomas. Estas proteínas serán transportadas al Aparato de Golgi
mediante vesículas de transición donde dichas proteínas sufrirán un proceso de
maduración para luego formar parte de los lisosomas o de vesículas secretoras.
Metabolismo de lípidos: El retículo endoplasmatico liso, al no tener
ribosomas le es imposiblesintetizar proteínas pero sí sintetiza lípidos de la
membrana plasmática, colesterol y derivados de éste como las ácidos biliares o
las hormonas esteroideas.
Detoxificación: Es un proceso que se lleva a cabo principalmente en las células
del hígado y que consiste en la inactivación
de productos tóxicos como drogas,
medicamentos o los propios productos del
metabolismo celular, por ser
liposolubles (hepatocitos)

Glucoxilación: Son reacciones de transferencia de un oligosacárido a las
proteínas sintetizadas. Se realiza en la membrana del retículo
endoplasmático.
De este modo, la proteína sintetizada se transforma en
una proteína periférica
externa del
glucocálix.
4. Aparato de golgi
El Aparato de Golgi funciona como una planta
empaquetadora, modificando
vesículas del
retículo endoplasmático rugoso. El material nuevo de las membranas se
forma en varias cisternas del Golgi. Se encuentra en el citoplasma de la célula.
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Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la
glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos y
la síntesis de
polisacáridos de la matriz extracelular. Debe su nombre a Camillo Golgi, Premio
Nobel
de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal.
El aparato de Golgi también llamado complejo o cuerpo de
Golgi, se encarga de
la distribución y el envío de los productos químicos de la célula.
Modifica proteínas y
lípidos (grasas) que hansido sintetizados previamente tanto en el retículo
endoplasmático rugoso como en el liso y los prepara para
expulsarlos fuera de la célula.
5. Lisosomas
Los lisosomas son vesículas relativamente grandes formadas por el retículo
endoplasmático rugoso y luego empaquetados por el complejo de Golgi que
contienen
enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de
origen
externo o interno que llegan a ellos.
Las enzimas lisosomales son capaces de
digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula por fagocitosis, u
otros
procesos de endocitosis.
Los lisosomas utilizan sus enzimas
para reciclar las diferentes organelas de la
célula
englobándolos,
digiriéndoles
y
liberando sus componentes en el citosol.
De esta forma los orgánulos de la célula se
están
continuamente
reponiendo.
El
proceso de digestión de los orgánulos se
llama autofagia. Por ejemplo, las células
hepáticas se reconstituyen por completo
una vez cada dos semanas.
El lisosoma, sólo está presente en
células animales.
6. Peroxisomas
Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de
vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Estas enzimas
cumplen funciones de
detoxificación celular. Como
todos los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en
células eucariotas.
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7. Mitocondrias
La morfología de la mitocondria es difícil de describir puesto que son
estructurasmuy plásticas que se deforman, se dividen y fusionan. Normalmente se las representa
en forma alargada. Su número depende de las
necesidades energéticas de la célula. Al
conjunto de las mitocondrias de la célula se le denomina condrioma celular.
Su principal función es la
oxidación
de
metabolitos
(glucólisis, ciclo de Krebs, beta
oxidación de ácidos grasos) y la
obtención de ATP, que supone un
porcentaje
muy
alto
del
ATP
sintetizado por la célula. También
sirve de almacén de sustancias
como
iones
agua
y
algunas
particulas como
restos de virus y
proteínas.
8. Ribosomas
Los
ribosomas
son
orgánulos sin membrana, están en
todas las células vivas (excepto en
los espermatozoides). Su función
es ensamblar proteínas a partir de
la información genética que le llega
del ADN transcrita en forma de
ARN mensajero (ARNm).
La información genética está en el ADN. Esa información se
transcripción en
ARN. El ribosoma lee el ARN mensajero y ensambla la proteína con los
aminoácidos
suministrados por los ARN de transferencia, este
proceso se denomina síntesis de
proteínas. Todas las proteínas están formadas por
aminoácidos. El ribosoma consta de
dos partes, la subunidad mayor y una menor, estas salen del núcleo por
separado.
Puede encontrar unido al retículo endoplasmático rugoso
(RER), que es la forma
habitual en la célula eucariota, o encontrarlo en el citoplasma, donde recibe
el nombre
de polisoma o polirribosoma (forma habitual en la célula procariota).
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