LA CÉLULABIOLOGÍA

Luis Gerardo Oliva Ramírez

La célula es nuestra unidad estructural, es la unidad de función y es la unidad de origen de todos los seres vivos.

Definición:

La célula es el nivel de organización de la materia más pequeño que tiene la capacidad para metabolizar y auto perpetuarse, por lo tanto, tiene vida y es la responsable de las características vitales de los organismos.

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En la célula ocurren todas las reacciones químicas que nos ayudan a mantenernos como individuos y como especie. Estas reacciones hacen posible la fabricación de nuevos materiales para crecer, reproducirse, repararse y autorregularse; asimismo, produce la energía necesaria para que esto suceda.

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Todos los seres vivos están formados por células, los organismos unicelulares son los que poseen una sola célula, mientras que los pluricelulares poseen un número mayor de ellas.

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El estudio de la célula se hizo posible gracias a los avances en microscopía.

El microscopio se inventó entre los años 1550 y 1590; algunos dicen que lo inventó Giovanni Farber en 1550,mientras que otros opinan que lo hizo Zaccharias Jannsen hacia 1590.

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De hecho, según los italianos, el microscopio fue inventado por Galileo Galilei alrededor de 1610, quién lo fabricó como una adaptación derivada del telescopio.

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Otros autores mencionan que la idea de la célula como unidad nació a fines del siglo XVII gracias a las aportaciones del constructor de microscopios Anton van Leewenhock (1632-1723).

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Leewenhock observó diversas células en movimiento (eucariontes) como protozoarios y espermatozoides y observó también procariontes (bacterias).

Por otra parte en Inglaterra Josep Lister (1827 – 1912) creó un microscopio de doble lente lo que permitió hacer observaciones más precisas de las células.

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En 1831 el escocés Robert Brown (1773-1858) describió un corpúsculo constante en todas las células al que llamó núcleo.

En 1839 Jan Evangelista Purkinje observó el citoplasma celular.

En 1857 Albert Von Kolliker identificó a las mitocondrias.

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A Robert Hooke se le menciona porque fue el primero en utilizar la palabra "célula", cuando en 1665 hacía observaciones microscópicas de un trozo de corcho. Hooke no vio células tal y como las conocemos actualmente, él observó que el corcho estaba formado por una serie de celdillas, ordenadas de manera semejante a las celdas de una colmena; para referirse a cada una de estas celdas, él utiliza la palabra célula o celdilla.

Breve historia:

En 1824, René Dutrochet fue el primero en establecer que la célula era la unidad básica de la estructura, es decir, que todos los organismos están formados por células.

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Para 1838 Mathias Schleiden, un botánico de origen alemán, llegaba a la conclusión de que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. Al año siguiente, otro alemán, el zoólogo Theodor Schwann extendió las conclusiones de Schleiden hacia los animales y propuso una base celular para toda forma de vida.

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Finalmente, en 1858, Rudolf  Virchow al hacer estudios sobre citogénesis de los procesos cancerosos llega a la siguiente conclusión: "las células surgen de células preexistentes".

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Aunque el postulado “Toda célula proviene de otra célula preexistente semejante” se atribuye a Virchow, estudios historicos recientes demuestran que el científico germano polaco Robert Remak (1815 – 1865) fue su verdadero autor.

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1. En principio, todos los organismos están compuestos de células.

2. En las células tienen lugar las reacciones metabólicas de organismo.

3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes.

4. Las células contienen el material hereditario

La Teoría Celular

Por sus aportaciones, Theodor Schwann y Mathias Schleiden y Rudolf Virchow son considerados los fundadores de la Teoría Celular Moderna.

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En 1889, Santiago Ramón y Cajal centró su investigación en el cerebro. Hasta entonces, se mantenía la idea de que el cerebro no estaba formado por células, sino por una masa protoplásmica continua, debido a que estaba formado como una red. Esta teoría casaba a la perfección con la religión, que pensaba que el alma se encontraba en el cerebro.

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Pero las investigaciones de Santiago Ramón y Cajal llevan a determinar que el sistema nervioso estaba formado por un tejido de células. Esta demostración le valió el premio Nobel de Medicina en el año 1906, y cerró sin excepción la teoría celular. De hecho este investigador que en demostró la individualidad neuronal y dio a la teoría celular su valor de universalidad.

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Dominios Reinos Archaea Arqueobacte Procarionte rias Bacteria MoneraCélula Protista Eucarionte Eucaria Fungi Plantae Animal

(Carl Woese, 1977)

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Las procariotas son células pequeñas y de estructura muy sencilla. Carecen de envoltura nuclear (carioteca), con lo cual el contenido del núcleo está diseminado en la zona central del citoplasma (nucleoide). Constituyen microorganismos unicelulares de vida muy simple.

Célula procarionte:

Ejemplos de procariontes

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Arqueobacterias

Bacterias

Algas verde azules (cianobacterias)

Las células procariontes aparecieron por primera vez hace unos 3800 millones de años. Su tamaño es muy pequeño, de una micra de ancho por cinco a diez micras de largo.

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Características de la célula procarionte

Pueden tener formas redondeadas o esfericas, espiraladas o de bastón.

La parte más externa de los procariontes presenta una pared celular compuesta por peptidoglicanos (mureína) sustancia lipoproteica que le da la forma a la célula y le permite resistir la presión interna de la célula.

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Procariontes Firmicutes, propio de las bacterias gram positivas, con una membrana citoplasmática y una gruesa pared de peptidoglicano

Tipos de pared celular:

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Gram +: La pared es muy ancha y esta formada por numerosas capas de peptidoglicano, reforzadas por moléculas de ácido teicoico (compuesto complejo que incluye azucares, fosfatos y

animoácidos).

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Procariontes Gracilicutes, propio de las bacterias gram negativas, las cuales son didérmicas, es decir, de doble membrana y entre estas membranas una delgada pared de peptidoglicano

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Gram -: Es más estrecha y compleja, ya que hay una sola capa de peptidoglicano y, por fuera de ella, hay una bicapa lipídica que forma una membrana externa muy permeable, pues posee numerosas porinas, proteínas que forman amplios canales acuosos.

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Procariontes Mendosicutes, propio de las arqueas, con una pared celular mayormente de glicopéptidos diferentes del de las bacterias (carecen de peptidoglucanos).

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Procariontes Tenericutes, propio de los micoplasmas, bacterias endoparásitas que carecen de pared celular, al parecer como una adaptación evolutiva al hábitat intracelular

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Las funciones de la pared celular rígida y permeable en los procariontes consiste en rodear por fuera a la membrana plasmática, ayudando a mantener la forma de la célula y a resistir la presión interna que puede causar la entrada de agua por osmosis.

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Fuera de la pared suele haber una capa pegajosa o Glicocálix, con polisacáridos pegajosos, proteínas o mezclas de ambos compuestos. Cuando tiene una estructura muy organizada y está unida firmemente a la pared se llama Cápsula.

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Esta envoltura de material gelatinoso y pegajoso está constituida por polisacáridos de glucosa, fructosa y derivados de estos azúcares. Sus funciones son: servir de protección ante la fagocitosis y los agentes antimicrobianos; actúan de receptores de virus; aumentan la virulencia de la bacteria al permitir la adherencia a las células eucariotas.

Funciones de la cápsula:

Estos materiales ayudan a las bacterias a adherirse a diferentes superficies (dientes, células, rocas, etc.) y las hacen más virulentas al protegerlas, a modo de coraza, del ataque de otras células (existe relación con la patogenicidad).

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En las células procariontes hay una membrana plasmática que regula la entrada y salida de sustancias, que también participa en algunas de las reacciones metabólicas al servir como soporte a enzimas y proteínas involucradas en diversos procesos, como la fotosíntesis o la respiración.

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Esta formada al igual que en las células eucariotas, por una bicapa de lípidos con proteínas, pero más fluida y permeable (la membrana celular de los procariontes carece de colesterol). Asociadas a la membrana se encuentran muchas enzimas, como las que intervienen en los procesos de utilización del oxígeno.

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Cuando las bacterias realizan la respiración celular necesitan aumentar la superficie de su membrana, por lo que presentan invaginaciones hacia el interior, los mesosomas.

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En las células procarióticas fotosintéticas hay invaginaciones asociadas a la presencia de las moléculas que aprovechan la luz, son los llamados cromatóforos, que se utilizan para llevar a cabo la fotosíntesis y se componen de pigmentos de bacterioclorofila y

carotenoides.

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El citoplasma bacteriano es relativamente simple, solo se advierte la presencia de pequeños ribosomas (ARN), que son las unidades productoras de proteínas, y una serie de sustancias, las enzimas, que llevan a cabo los procesos del metabolismo celular.

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Estos ribosomas que están en el interior de la célula, dispersos por el citoplasma son un poco más pequeños que los ribosomas eucarióticos (70S en lugar de 80S) pero con la misma configuración general.

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El coeficiente de sedimentación de una partícula o macromolécula se calcula dividiendo su velocidad constante de sedimentación (en m/s) por la aceleración aplicada . La velocidad es constante porque la aceleración es aplicada por la ultracentrífuga.

El resultado tiene dimensiones de tiempo y se expresa habitualmente en svedbergs (S).

Nota:

Los mesosomas presentes en las procariotas son invaginaciones de la membrana plasmática hacia el interior del citoplasma que actúan en los procesos metabólicos de la célula, como la síntesis de ATP y de pigmentos fotosintéticos en procariotas autótrofos. Se supone que también intervienen en la separación del nucleoide en el momento de la división celular.

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Algunas bacterias tienen uno o más flagelos bacterianos que sirven para el movimiento de la célula. Su estructura y modo de actuar son muy diferentes a los de los flagelos de las células eucarióticas. No están rodeados por la membrana celular, sino que constan de una sola estructura alargada, formada por la proteína flagelina, anclada mediante anillos en la membrana.

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Mueven la célula girando, como si fueran las hélices de un motor. Muchas especies tienen también fimbrias o Pili (pelos), proteínas filamentosas cortas que se proyectan por fuera de la pared celular. Algunos Pili ayudan a las bacterias a adherirse a superficies, otros facilitan la unión a otras bacterias para que se pueda producir la conjugación, esto es, una transmisión de genes entre ellas.

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El nucleoide o zona en que está situado el cromosoma bacteriano está formado por una única molécula de ADN circular de doble cadena, no esta asociado a histonas. Esta molécula permanece anclada en un punto de la membrana plasmática.

Material genético de la célula procarionte:

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Las bacterias pueden tener uno o más plásmidos, son moléculas de ADN extra cromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico.

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Hay algunos plásmidos integrativos, este tipo de plásmido rompe el cromosoma y se sitúa en medio, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episomas.

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Reproducción de los procariontes:

Las procariotas se reproducen en forma asexual por fisión binaria (del latín fissus = partir, y binarius = de dos en dos), donde el único cromosoma (ADN) se duplica cerca de la membrana plasmática adherido a un punto de unión. Luego se separan y se dirigen a distintos lugares de la membrana plasmática.

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Más tarde se forma un tabique transversal en la parte media de la célula que se invagina y divide el citoplasma hasta formarse dos células hijas, idénticas a la célula de origen. En bacterias que forman cocos múltiples, las células permanecen sin separarse formando largas cadenas o racimos

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Para obtener variabilidad y adaptarse a diferentes ambientes, entre las bacterias puedes ocurrir intercambio de ADN como la conjugación, la transdución y la transformación.

Reproducción parasexual:

Proceso que ocurre cuando una bacteria hace contacto con otra usando un hilo llamado PILI. En el momento en el que los citoplasmas están conectados, el individuo donante (considerado como masculino) transfiere parte de su ADN a otro receptor (considerado como femenino) que lo incorpora (a través del PILI) a su dotación genética mediante recombinación y lo transmite a su vez al reproducirse.

Conjugación:

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1. La célula donante genera un pilus. 2. El pilus se adhiere a la célula receptora y ambas células se aproximan.3. El plásmido móvil se desarma y una de las cadenas de ADN es transferida a la célula receptora. 4. Ambas células sintetizan la segunda cadena, regenerando un plásmido completo. La célula receptora sintetiza el pilus. Ahora ambas células son potenciales donantes.

Joshua Lederberg y Edward Tatum en 1946

En este proceso, un agente transmisor, que generalmente es un virus, lleva fragmentos de ADN de una bacteria parasitada a otra nueva receptora, de tal forma que el ADN de la Bacteria parasitada se integra al ADN de la nueva bacteria.

Transdución

Una bacteria puede introducir en su interior fragmentos de ADN que están libres en el medio. Estos pueden provenir del rompimiento o degradación de otras bacterias a su alrededor.

Transformación

La nutrición puede ser autótrofa (quimiosíntesis o fotosíntesis) o heterótrofa (saprófita, parásita u otro tipo de simbiosis). En cuanto al metabolismo los organismos pueden ser: anaerobios estrictos o facultativos, o aerobio.

Nutrición:

Es importante recordar que los procariotas carecen de núcleo y de orgánulos encerrados en membranas , no obstante algunas emplean membranas para organizar enzimas encargadas de realizar alguna función bioquímica. El citoplasma procariota puede contener gránulos de alimento que almacenan moléculas ricas en energía, como el glucógeno, que no se encuentra encerrado en membranas.

Nota:

La característica más notable de la célula eucarionte es que tienen su material genético, el ADN, envuelto dentro de una membrana (membrana nuclear), es decir tienen un núcleo.

Célula eucarionte

Miden de 10 a 100 micras de diámetro

En algún momento, hace tal vez unos 1700 millones de años, las células procariontes o primitivas evolucionaron y dieron lugar a células más complejas, a las que llamamos eucariontes. Éstas al principio fueron unicelulares, los protistas; pero después llegaron a asociarse y a formar organismos pluricelulares, como los hongos, las plantas y los animales.

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Protistas

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Células vegetales

Células animales

Orgánulos de la célula eucarionte:

Las células eucariontes se caracterizan por estar constituidas por estar formadas por tres estructuras básicas: membrana plasmática, núcleo y citoplasma. En algunas células (protistas, vegetales y hongos) existe una pared celular, su función es dar soporte y protección a la célula.

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Las paredes celulares de las plantas está formada por celulosa que es un carbohidrato y por pectina que es una proteína y por polisacáridos. En los hongos su pared celular contiene quitina y polisacáridos; y los protistas unicelulares que viven en el océano pueden tener paredes celulares hechas de celulosa, proteínas y silicio.

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Las paredes celulares son porosas por lo que permiten al oxígeno, al bióxido de carbono y al agua, junto con moléculas disueltas moverse con facilidad a través de ellas.

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Sus funciones principales son: 1. Definir los límites de la célula

(aísla el contenido de la célula del medio externo)

2. Regula el flujo de materiales o sustancias entre la célula y su medio.

3. Permitir la interacción con otras células y con el entorno extracelular.

En cuanto a su estructura química la membrana celular contiene tres componentes:

Membrana celular o plasmática

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Fosfolípidos

Membrana plasmática Proteínas

(modelo de mosaico fluido) S.J. Singer y G.L Nicolson (1972) Carbohidratos

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Fosfolípidos: forman una bicapa (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 adentro. Es decir, los grupos hidrófilos se dirigen hacia el agua, hacia el interior y el exterior de la célula. La parte media de la membrana tiene consistencia grasa.

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Proteínas: se encuentran insertadas en la membrana y se acomodan de diversas formas. Algunas son transmembranales o integrales porque atraviesan toda la membrana, otras son periféricas debido a que se encuentran en una de las superficies, ya sea en el exterior o en el interior de la membrana (aunque están parcialmente sumergidas en la membrana).

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Carbohidratos: existen algunos carbohidratos sobre la superficie de la célula, llamados glucolípidos y glucoproteínas, sirven para darle identidad a célula, de manera que cada tipo celular, en cada individuo tiene ciertas glucoproteínas específicas para cada organismo (persona).

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El colesterol es otro componente importante de la membrana. Se encuentra embebido en el área hidrofóbica de la membrana, y su presencia aumenta la fluidez de la misma. La mayoría de las células bacterianas no contiene colesterol. Tampoco las células vegetales.

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El glucocálix es la capa que recubre la membrana de las células eucariotas por su cara externa. Está formada por oligosacáridos y polisacáridos. Estos glúcidos aparecen unidos a los lípidos de la membrana formando glucolípidos, o a las proteínas constituyendo glucoproteínas. El glucocálix al situarse en el exterior celular confiere asimetría a la membrana.

El glucocálix.-

Protege la superficie celular y otorga viscosidad. Es la zona de identificación de la célula. A través del glucocálix entran en contacto y comunicación las células, siendo el responsable de la inhibición por contacto. Este fenómeno provoca que dos células, al juntarse, interrumpan su movimiento, el crecimiento y la división celular y queden agrupadas constituyendo una asociación estable

Las funciones del glucocálix son:

Actúan como antígenos de superficie sobre los que se fijan anticuerpos que determinan el comportamiento inmunológico de las células. Los antígenos de histocompatibilidad o los que determinan el grupo sanguíneo ABO son glúcidos localizados en el glucocálix.

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Es el receptor de distintos tipos de moléculas (hormonas, virus, toxinas...). Regula el crecimiento y la reproducción celular al estar sometidos a la inhibición por contacto. Participa en el proceso de la fecundación.

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Los componentes de la membrana pueden moverse en ella, dada la fluidez de los lípidos que la forman. Una proteína de membrana puede desplazarse en la superficie y cambiar su ubicación. Por eso, al modelo de membrana se le conoce como modelo del mosaico fluido.

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El transporte se materiales a través de la membrana plasmática le permite a la célula adquirir nutrientes del medio externo, gracias a su capacidad de permitir el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias. También le permite expulsar de su interior los desechos del metabolismo.

Transporte a través de la membrana celular:

Es el paso de moléculas a través de la membrana plasmática sin que la célula gaste energía, debido a que va a favor del gradiente de concentración o del gradiente de carga eléctrica. El transporte de las sustancia se realiza mediante la bicapa lipídica o los canales iónicos, e incluso por medio de proteínas integrales.

Transporte pasivo:

Existen tres tipos de transporte pasivo:

Difusión SimpleDifusión facilitadaÓsmosis

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Es el movimiento de las moléculas de una concentración más alta a una más baja; esto quiere decir que baja su gradiente de concentración hasta que se logra el equilibrio y se distribuyen de manera equivalente. Es un proceso físico observable.

Las propiedades químicas y físicas de la membrana plasmática permiten que sólo ciertos tipos de moléculas puedan entrar y salir de una célula sencillamente por difusión.

Difusión:

Hay varios factores que modifican la tasa de difusión. Entre ellos figuran la temperatura, presión, corrientes eléctricas y tamaño de las moléculas.

Es un proceso de transporte pasivo por excelencia, que puede ser simple o mediada.

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Es el movimiento de las moléculas en el fluido a través de la membrana celular, desde las regiones de alta concentración hasta las de menor concentración, como es el caso del agua, gases disueltos (respiiratorios), como: oxigeno, dióxido de carbono; moléculas liposolubles o solubles en lípidos (alcohol etílico y la vitamina A) que cruzan la membrana con facilidad.

Difusión simple:

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Difusión de agua, iones o moléculas solubles en agua, por medio de un canal o proteína portadora. Siempre de una región de mayor concentración a una zona de menor concentración.

Difusión facilitada:

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Las moléculas de agua no pueden atravesar la membrana plasmática por difusión pasiva entre los lípidos que constituyen dicha estructura.Entender cómo el agua atraviesa las membranas celulares ha constituido una de las cuestiones de mayor interés para la biología.

Acuaporinas:

Comparando la permeabilidad al agua de las membranas lipídicas artificiales con las biológicas se dedujo la existencia de proteínas especializadas en el proceso, proteínas que formaban poros acuosos.El descubrimiento del primer canal de agua en la membrana celular, la acuaporina1 (AQP1), su estructura y los estudios relacionados con su distribución en los tejidos, le valieron a Peter Agre el premio Nobel de Química en el año 2003.

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La acuaporina-3 (AQP3) es una proteína de membrana dentro de la familia de las acuaporinas que son proteínas mediadoras de transporte de agua. Tienen como función el permitir el paso de agua y otros pequeños solutos, como el glicerol y la urea, a través de la membrana plasmática.

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Este canal de urea y glicerol se expresa abundantemente en la membrana basolateral de los túbulos colectores renales, donde la AQP3 parece facilitar la salida de urea. Además de su expresión en el riñón, la AQP3 se ha encontrado en la piel, colon, intestino delgado, estómago, pulmón, bazo y vejiga urinaria.

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Difusión o transporte de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva, de una región con mayor concentración de agua a una con menor concentración de agua.

Ósmosis:

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De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la ósmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras, la ósmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable.

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Comportamiento de célula animal ante distintas presiones osmóticas

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En un medio (isotónico), hay un equilibrio dinámico, es decir, el paso constante de agua.

En un medio (hipotónico), la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citólisis.

En un medio (hipertónico) , la célula pierde agua, se arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.

Ósmosis en una célula vegetal:

En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis

En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.

En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia, dando lugar a la turgencia.

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Movimiento de sustancias a través de una membrana en contra de un gradiente de concentración, hacia afuera o hacia adentro de la célula, utilizando energía celular, generalmente ATP.

Transporte activo:

1. Transporte activo por movimiento de pequeñas moléculas individuales o iones en contra de sus gradientes de concentración a través de proteínas que llegan de un lado a otro de la membrana.

2. Endocitosis 3. Exocitosis.

Tipos de Transporte activo:

En todas las células de los organismos superiores hay mayor cantidad de sodio extracelular que intracelular. La concentración intracelular de sodio es alrededor de 5 mM mientras que la extracelular es mucho mayor (145

mM)

Bomba de Sodio y Potasio

Respecto del potasio ocurre lo contrario, hay menor concentración de potasio extracelular (5 mM) que intracelular (140 mM).

Esto nos indica que hay un fuerte gradiente electroquímico que impulsa a las dos sustancias a moverse: el sodio hacia adentro y el potasio hacia afuera de la célula.

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La bomba de Na+/K+ contribuye a equilibrar el potencial de membrana y mantener el potencial de reposo (es decir, las concentraciones constantes a ambos lados).

Por ello se encuentra en todas las membranas celulares de los animales, en mayor medida en células excitables como las células nerviosas y células musculares donde la bomba puede llegar a acaparar los dos tercios del total de la energía.

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La bomba de sodio y potasio se lleva a cabo a través de la acción de una proteína electro génica transmembranal cuyo objetivo es eliminar sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma. Ese intercambio permite mantener, a través de la membrana, las diferentes concentraciones entre ambos cationes.

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La proteína transmembranal “bombea” tres cationes de sodio expulsándolos fuera de la célula y lo propio hace con dos cationes de potasio al interior de ella. De esa forma se genera un potencial eléctrico negativo intracelular.

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Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que los nutrientes puedan atravesar la membrana celular y llegar al citoplasma.

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1: Tres iones de sodio (3 Na+) intracelulares se insertan en la proteína transportadora. 2: El ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberándose difosfato de adenosina (ADP). El grupo fosfato se une a la proteína, hecho que provoca cambios en el canal proteico.

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3: Esto produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula. 4: Dos iones de potasio (2 K+) extracelulares se acoplan a la proteína de transporte. 5: El grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la célula. A partir de ese momento, comienza una nueva etapa con la expulsión de otros tres iones de sodio.

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La bomba de sodio y potasio controla el volumen de las eucariotas animales al regular el pasaje del sodio y del potasio. El gradiente generado produce un potencial eléctrico que aprovechan todas aquellas sustancias que deben atravesar la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración.

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A medida que sale sodio de la célula, el líquido extracelular adquiere un mayor potencial eléctrico positivo, lo que provoca atracción de iones negativos (cloro, bicarbonato) intracelulares. Al haber más iones de sodio y cloruros (Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir de la célula por efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.

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Es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas , este proceso se puede dar por evaginación, invaginación o por mediación de receptores a través de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se desprende de la pared celular y se incorpora al citoplasma (citosol). Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular.

Endocitosis:

PinocitosisEndocitosis mediada por receptores

Fagocitosis.

Endocitosis:

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Consiste en la ingestión de líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas:

1. Se forma una depresión en la membrana plasmática que:

2. Se hace más profunda y se llena de líquido extracelular.

3. La membrana encierra el fluido extracelular.

Pinocitosis:

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Consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en grandes vesículas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular.

1. La membrana celular (plasmática) extiende seudópodos hacia una partícula extracelular.

2. Los extremos de los seudópodos se fusionan encapsulando la partícula.

3. La partículas engullidas quedan dentro de una estructura llamada vacuola alimentaria (fagosoma).

Fagocitosis:

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Es de tipo específica, captura macromoléculas específicas del ambiente, fijándose a través de proteínas ubicadas en la membrana plasmática (específicas).

1. Las proteínas receptoras para moléculas específicas o complejos de moléculas se localizan en sitios de fosas recubiertas.

Endocitosis mediada por receptor o ligando:

2. Los receptores se unen a las moléculas y en la membrana se forma una depresión.

3. La región de la fosa cubierta de la membrana encierra las moléculas unidas a los receptores.

4. En el citosol se “libera” una vesícula que contiene las moléculas unidas.

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Es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido.

Exocitosis:

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La exocitosis es el mecanismo por el cual la célula se libera de tóxicos, orgánulos averiados y sustancias químicas que ya no va a utilizar.

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Las células eucariontes presentan un mayor grado de complejidad al tener compartimientos internos (constituidos por membranas) especializados en realizar determinadas funciones, a los que se le conoce como organelos. El citoplasma es el espacio comprendido entre la membrana plasmática y la membrana nuclear, está constituido por una fase semilíquida denominada citosol o hialoplasma y el cito esqueleto, el cual contiene una gran cantidad de enzimas, sustancias disueltas y los orgánulos.

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El citosol está constituido principalmente por agua, donde se encuentran disueltas moléculas orgánicas, como proteínas, y moléculas inorgánicas, como las sales minerales. En el citosol se realiza la síntesis de proteínas y se llevan a cabo la mayoría de las reacciones químicas comprometidas con el metabolismo celular

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El cito esqueleto, presente únicamente en las células eucariontes, es el responsable de mantener y modificar la forma celular de acuerdo a los requerimientos; de movilizar y organizar los orgánulos celulares en el citoplasma. También participa en el proceso de división celular.

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Citoesqueleto

El cito esqueleto está formado por una serie de filamentos proteicos de tres tipos:

Microfilamentos o filamentos de actina: formados fundamentalmente de actina, son los principales constituyentes de cito esqueleto y los mas delgados.

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Filamentos intermedios: presentan un grosor intermedio entre los microfilamentos y los microtúbulos, y están constituidos por proteínas filamentosas. Regulan la forma celular y se encuentran en células sometidas a esfuerzo mecánico

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Microtúbulos: filamentos tubulares formados por la proteína tubulina, a partir de ellos se originan los centriolos y el huso mitótico. Son el esqueleto o armazón de cilios y flagelos.

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Retículo endoplásmico o endoplasmático (RE):

Es un sistema de canales, sacos aplanados y tubos derivados de las membranas plasmáticas e interconectadas entre sí, por los que pueden circular las moléculas que se van sintetizando. Más de la mitad de las membranas que existen en el citoplasma de la célula eucarionte corresponden al retículo endoplásmico. Existen dos tipos de retículo endoplásmico: liso y rugoso.

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En el retículo endoplásmico liso (REL) se sintetizan y transportan fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroides. Además interviene en la eliminación de sustancias tóxicas.

El retículo endoplásmico rugoso (RER) se encuentra asociado con los ribosomas. Su función es transportar proteínas que se sintetizan en los ribosomas. Se encuentra interconectado con la membrana nuclear y con el REL.

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Ribosomas

Son pequeñas partículas compuestas de ARN ribosomal y de proteínas. Se encuentran dispersos en el citoplasma o asociados al retículo endoplásmico rugoso. En ellos se lleva a cabo la síntesis de proteínas, de acuerdo con las instrucciones del ADN nuclear.

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Aparato de Golgi o Complejo de Golgi:

Es una serie de sacos aplanados y apilados llamados cisternas, localizados cerca del núcleo, los cuales se comunican entre sí y se comunican con el retículo endoplasmático.

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El Golgi cis, cercano al núcleo, en donde se inicia la modificación de lípidos y proteínas, recientemente elaborados en el retículo endoplasmático.

El compartimiento medio, en donde se continúa la modificación.

El Golgi trans, el más alejado del núcleo, es donde se termina la modificación de las biomoléculas y se envían al exterior por medio de vesículas o bolsitas que se unen a la membrana plasmática

Está formado por tres compartimientos:

Lisosomas

Los lisosomas son vesículas o bolsitas que provienen del aparato de Golgi. Su función es la digestión celular. Contienen enzimas que digieren macromoléculas y otras partículas incorporadas del medio extracelular, así como organelos desechados. Cuando la célula ingiere alimentos o se come a una partícula invasora para defenderse, los envuelve en una vesícula. Entonces los lisosomas se unen a ésta y liberan sus enzimas digiriendo las partículas contenidas en ella.

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Los lisosomas juegan un papel muy interesante en los procesos de autodestrucción de las células llamado apoptosis o muerte programada. Como respuesta a determinas señales, los lisosomas se rompen y las enzimas que contienen digieren todo el contenido celular, destruyendo la célula.

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Son vesículas similares a los lisosomas, cuya membrana se origina en el REL. Al igual que los lisosomas, los peroxisomas también contienen enzimas, pero estas son oxidadas; la peroxidasa y la catalasa.

Estos orgánulos son los encargados de oxidar los ácidos grasos u otras moléculas orgánicas generando peróxido de hidrógeno, compuesto tóxico para las células que es degradado por la catalasa convirtiéndolo en agua y oxígeno.

Peroxisomas

Mitocondrias

Son orgánulos de gran importancia, porque en ellos se genera la energía necesaria para que se puedan llevar a cabo las actividades celulares. Sin ellas la célula no podría moverse o reproducirse, de hecho sin energía una célula muere. Para funcionar adecuadamente requieren de oxígeno, así que cada vez que respiramos ponemos a trabajar a nuestras mitocondrias.

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Las mitocondrias tiene un sistema de doble membrana, la más externa es lisa, pero la interna contiene una gran cantidad de pliegues llamados crestas mitocondriales. En las crestas mitocondriales se encuentran las enzimas que participan en el proceso de respiración celular encargado de liberar la energía de los alimentos en forma de una molécula llamada ATP.

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En el interior de la mitocondria hay un espacio lleno de líquido llamado matriz mitocondrial. También existe un espacio entre las crestas y la membrana externa, llamado espacio intermembranal. Las mitocondrias contienen ADN y se reproducen de manera independiente dentro de la célula.

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Núcleo

Se encuentra delimitado por una doble membrana, denominada envoltura nuclear, que presenta poros que permiten comunicación con el citoplasma. Está formado por una parte soluble llamada nucleoplasma y por la cromatina que corresponde a fibras de ácido desoxirribonucleico asociado con proteínas llamadas histonas

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El núcleo posee uno o más nucléolos que son los corpúsculos en donde se encuentran los genes ribosomales (RNA) ácido ribonucleico y proteínas. Además, es el sitio de formación de los ribosomas

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El nucleoplasma, que como ya se mencionó es la porción interior líquida del núcleo, contiene a la cromatina, que es el conjunto total del ADN y sus proteínas asociadas. Cuando la célula se va a reproducir, la cromatina, transparente y poco visible, se transforma en estructuras compactas y visibles al microscopio, llamadas cromosomas. Una vez concluida la reproducción de la célula, los cromosomas se vuelven a convertir en delgados filamentos de cromatina.

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El ADN contiene toda la información hereditaria de un ser vivo, es decir, las instrucciones para saber como construir las proteínas de cada organismo. Esto significa que cada organismo mantiene las características propias gracias a su ADN.

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La información genética es, por tanto, sumamente valiosa y debe estar bien resguardada para que no se altere, ya que cualquier cambio o mutación podría generar organismos defectuosos. Así, el núcleo es el espacio destinado a proteger el legado que habrá de heredarse a las generaciones subsecuentes

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Cuando llega el momento de reproducirse, será en el núcleo donde se produzca una copia fiel del ADN para la formación de las células hijas, por medio de la replicación del ADN.

  En el núcleo también se lleva a cabo el

proceso de transcripción, o copia del ADN, para la formación del ARN mensajero, molécula que se encargará posteriormente de dirigir la síntesis de proteínas que se requieran en la célula.

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El almacenamiento de información hereditaria.

La replicación o copia del ADN

La transcripción del ADN.

En resumen, los procesos que se llevan a cabo en el núcleo son:

La mayoría de las células eucariontes tienen una estructura básica similar; sin embargo, entre las células animales y las células vegetales existen algunas diferencias, entre ellas:

Diferencias entre las células vegetales y las células animales:

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Célula animal Célula vegetal

A) Presencia de centriolos

El centriolo es un conglomerado proteico constituido por micro túbulos, que se ubica cercano al núcleo celular. Es un centro organizador de micro túbulos, pues de él derivan otras estructuras formadas por micro túbulos, tales como: el huso mitótico; encargado de la separación de los cromosomas durante la mitosis; el cito esqueleto, cuyos filamentos se organizan en torno a los micro túbulos; y cilios y flagelos, que están encargados del desplazamiento celular.

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Los centriolos están presentes únicamente en células animales. Sin embargo las células vegetales, poseen un centro organizador de micro túbulos a partir del cual nacen los micro túbulos del cito esqueleto, del huso cromático y de cilios y flagelos.

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B) Presencia de pared celular

Las células vegetales se caracterizan por poseer una pared celular que envuelve a la membrana plasmática. Está conformada por una pared primaria, formada por fibras de pectina y celulosa, que está presente en todas las células vegetales siendo capaz de adaptarse al crecimiento de éstas; una lámina media, que es la zona de unión entre ambas paredes; y una pared secundaria, que solo está presente en células que han dejado de crecer y se ubica al exterior de la célula; está formada por celulosa y lignina, que le da rigidez.

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Las células vegetales cuentan con una serie de orgánulos denominados plastidios, que son estructuras delimitadas por una doble membrana y presentan moléculas de ADN y ribosomas.

C) Presencia de plastidios

Cloroplastos

Forman parte de un grupo de orgánulos que se encuentran presentes en las células vegetales y son llamados plástidos. Estos plástidos se especializan en la fotosíntesis y el almacenamiento. Hay tres tipos de plástidos en las células vegetales: cloroplastos, cromoplastos y amiloplastos.

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Los cloroplastos llevan a cabo el proceso de fotosíntesis, es decir, captan la luz del sol y producen azúcares y bióxido de carbono a partir de agua. Al hacerlo transforman la energía luminosa en energía química que se guarda en los azúcares. Estos orgánulos son los responsables del color verde de las plantas.

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Su forma es oval y tiene dos membranas: la exterior es lisa y la interior se dobla de tal manera que forma una serie de discos aplanados parecidos a pilas de monedas llamados tilacoides. El conjunto de tilacoides se conoce como grana. En el interior del cloroplasto hay un líquido llamado estroma, en él se van acumulando los azúcares que se van formando en la célula. Los cloroplastos tienen su propio ADN, por lo que se multiplican de manera independiente al resto de la célula.

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Los cromoplastos carecen de clorofila, pero tienen otros pigmentos, como carotenoides y licopenos que dan color naranja a las zanahorias, amarillo a las flores, rojo a los tomates. Los amiloplastos carecen de pigmentos, son de color blanco y almacenan gránulos de almidón. Abundan en las papas y en las semillas.

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D) Presencia de vacuolas

Las vacuolas se encuentran en células vegetales. Es un orgánulo celular de gran tamaño delimitado por una membrana llamada tonoplasto. Generalmente en cada célula hay una gran vacuola. Esta almacena sustancias, tales como pigmentos, sales y moléculas orgánicas, y contiene grandes cantidades de agua, producto de lo cual cambia el volumen de la célula sin variar el contenido citoplasmático.

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Las uniones celulares pueden ser de cuatro tipos: desmosomas, uniones estrechas, uniones de hendidura y plasmodesmos.

Uniones intercelulares:

Son uniones puntuales, se establecen mediante pequeñas placas entre las células, las cuales están constituidas por proteínas y carbohidratos. En éste tipo de uniones hay filamentos de proteína que se extienden por la parte interna de las células y fortalecen la unión, la hacen firme, pero a la vez flexible.

Desmosomas

Contienen proteínas especializadas, tales como la queratina (misma proteína que se encuentra en las uñas y el pelo), desmoplaquina y filamentos de desmina, que incrementan la rigidez de los tejidos. Los desmosomas se encuentran en tejidos animales que tienen movimiento intenso, como el intestino, el estómago y la piel, y le proporcionan resistencia mecánica a este tipo de tejidos.

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Son uniones herméticas entre células, que no permiten la existencia de espacio intercelular entre ellas. Se producen por medio de proteínas y se encuentran en tejidos animales en los que es imprescindible el sellado a prueba de fugas, como el tejido que conforma la vejiga urinaria.

Uniones estrechas

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Permiten que las células de tejidos animales se comuniquen a través de un tubo formado por seis proteínas de canal que se establecen entre ellas. Este tipo de unión permite el paso libre de algunas moléculas pequeñas de una célula a otra, y se encuentra en el músculo cardiaco, donde el paso libre de iones da lugar a que el tejido se contraiga de manera unificada.

Uniones de hendidura

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Son conexiones entre células vegetales. Consisten en aberturas entre células adyacentes en forma de puentes citoplasmáticos continuos. Este tipo de unión permite que el agua, las hormonas y los nutrientes, pasen de una célula a otra.

Plasmodesmos

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Fin

Elaboró: T.L.C. Oliva Ramírez Luis Gerardo

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