01 la celula parte i

C O L E G I O B E R N A R D O O`H I G G I N S L A S E R E N A E d u c a c i n H u m a n i s t a C i e n t f i c a

Balmaceda N 2985 La Serena fono: (051) 294084 fax: 292659 www. cbo.cl Profesora: Lorena Daz V. __________________________________________________________________________

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REA DE BIOLOGA PLAN COMN GUA DE ESTUDIO N 1:

LA CLULA I

La teora celular surge tras el anlisis microscpico de clulas vegetales y animales

En 1673, el inventor holands, Anton Van Leeuwenhoek dio a conocer a la Sociedad Real Britnica sus observaciones acerca de los eritrocitos, espermatozoides y de una gran cantidad de "animculos" microscpicos contenidos en el agua de los charcos. Pas ms de un siglo antes de que los bilogos comenzaran a entender la importancia de las clulas en la vida en la Tierra. Los microscopistas primero se dieron cuenta de que muchas plantas estaban formadas completamente por clulas. La pared gruesa que rodea a todas las clulas de las plantas hizo que estas observaciones fueran fciles. Sin embargo, las clulas animales fueron descubiertas hasta 1830, cuando el zologo alemn Theodor Schwann vio que el cartlago contiene clulas que "semejan exactamente a las clulas de las plantas". En 1839, despus de estudiar las clulas durante aos, Schwann public su teora, llamando clulas a las partes elementales, tanto de plantas como de animales. A mediados de 1800, un botnico alemn, llamado Mattias Schleiden, tuvo una visin cientfica ms refinada de las clulas al escribir: "...es fcil percibir que los procesos vitales de las clulas individuales deben formar los fundamentos bsicos absolutamente indispensables" de la vida.

En pocos aos, varios microscopistas haban observado que las clulas vivas podan crecer y dividirse en clulas ms pequeas. En 1858, el patlogo austraco, Rudolf Virchow escribi: "cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las cuales contiene todas las caractersticas de la vida". Es ms, Virchow predijo: "donde hay una clula, tiene que haber existindo una clula anterior, de la misma manera que un animal se forma de otro animal y una planta slo de una planta". Cabe recordar que en aquellos aos todava existan defensores de la abiognesis, es decir la posibilidad de generar vida desde materia inanimada.

Desde la perspectiva que proporcionaba la teora de la evolucin de Darwin, que se publica al ao siguiente (1859), el concepto de Virchow adquiere un significado mucho mayor: hay una continuidad inquebrantada entre las clulas modernas y los organismos que las poseen y las primeras clulas primitivas de la Tierra. La idea de que todas las clulas vivas de hoy tienen antecesoras que se remontan a tiempos antiguos fue planteada por primera vez hacia 1880 por el bilogo alemn August Weismann.

De esta manera, los tres principios de la teora celular moderna evolucionaron directamente de los enunciados de Virchow: 1. Cada organismo vivo est formado por una o ms clulas. 2. Los organismos vivos ms pequeos son clulas nicas y las clulas son unidades funcionales

de los organismos multicelulares. 3. Todas las clulas provienen de clulas preexistentes.

Figura 4. Los precursores de la actual teora celular

Theodor Ambrose Schwann

(1810 1882) Matthias Jakob

Schleiden (1804 1881)

Rudolf Virchow (1821 1902)

August Weismann (1834-1914)



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Las clulas tienen distintas formas, tamaos y funciones, pero comparten algunas caractersticas comunes

Tras la difusin de la teora celular, fueron muchos los hallazgos en torno a la diversidad de clulas que era posible encontrar en los seres vivos. Sin embargo, existen algunas condiciones compartidas por todas la clulas independiente del origen que esta tenga:

Membrana celular: todas las clulas estn rodeadas por una membrana celular. Esta acta como una barrera entre el interior de la clula y su medio ambiente. Tambin controla el paso de materiales dentro y fuera de la clula.

Material hereditario: en coherencia con el tercer postulado de la teora celular, cuando se forman nuevas clulas, reciben una copia del material hereditario de las cluls originales. Este material es el ADN, que controla las actividades de una clula.

Citoplasma y organelos: Las clulas tienen sustancias qumicas y estructuras que le permiten comer, crecer y reproducirse, las cuales se llaman organelos. Los organelos estn rodeados por un fluido llamdo citoplasma.

De tamao pequeo: la mayora de las clulas son invisibles a simple vista. Ya tuviste ocasin de constatar tal hecho en el primer trabajo prctico. T mismo ests formado por cerca de 100 billones de clulas y para cubrir el punto de la letra i se necesitaran cerca de 50!

La clula eucarionte posee ncleo y una gran variedad de organelos de formas y tamaos bien definidos

Actividad 7. Identificacin y descripcin de los organelos de una clula eucarionte En la figura 5 se esquematiza una clula eucarionte, con toda su variedad de organelos. Las micrografas que encontrars ms abajo corresponden a los organelos con sus respectivos nombres. Tu tarea es rotular (poner los nombres) el esquema de la clula tras comparar el

esquema con las micrografas. Para justificar tu decisin, debers realizar una descripcin de cada organelo en el espacio asignado.

Micrografa Nombre y tamao

Descripcin

Figura 5. Esquema de una clula eucarionte



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Micrografa Nombre y tamao Descripcin

Aparato de Golgi L.: 1,5 m aprox. (ancho muy relativo)

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A. Ncleo D.: 3 -10 m

B. Nucleolo D.: muy relativo

C. Carioteca (membrana interna y externa del ncleo) Espesor: 30 50 nm

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Mitocondria D.: 0,4 a 0,8 m L.: 4 a 9 m

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Centriolos D.: 0,2 m L.: 0,5 a 0,7 m

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Retculo Endoplsmico Rugoso (RER) (en verde) Su tamao depende del tipo de clula

Ribosomas (en caf) D.: 20 a 25 nm

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Peroxisoma D.: 0,2 a 1 m

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A. Citosol Posee un volumen casi equivalente al de la clula

B. Citoesqueleto D.: 7 a 25 nm L.: de unos pocos nm hasta varios cm

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Membrana plasmtica Espesor: 8,5 a 10 nm

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Retculo Endoplsmico Liso (REL) Su tamao depende del tipo de clula

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Ribosomas D.: 20 a 25 nm

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Lisosomas D.: 0,25 a 0,8 m

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La clula eucarionte puede estudiarse segn las estructuras presentes en cada compartimento A continuacin se describen las estructuras ms importantes de una clula eucarionte. Se debe tener presente que la principal condicin de este tipo de clula es el hecho de tener compartimentos independientes. Tales compartimentos permiten estudiar la clula en base a ambientes y zonas lmite que tienen funciones especficas. Sin embargo, debe recordarse que de una u otra forma, todas las estructuras de una clula estn estrechamente relacionadas. El el esquema de la figura 6 sirve de referencia para establecer las primeras relaciones de ubicacin. Toda clula eucarionte consta de una membrana plasmtica que envuelve al citoplasma y al ncleo. Si bien el ncleo est rodeado de citoplasma, su tamao, funcin y caractersticas de su membrana se definen mejor si se describe en forma independiente a los dems componentes citoplasmticos. El citoplasma posee una fase semilquida, el citosol, que est atravesado por una red compleja de citoesqueleto. Embebidos en el citosol y afirmados por el citoesqueleto, se ubican los organelos y las inclusiones citoplasmticas.

MEMBRANA PLASMTICA La membrana plasmtica es una estructura superficial limitante, que da individualidad a la clula, separndola del medio externo o de otras unidades similares.

Figura 6. Organizacin general de una clula eucarionte.

Clula eucarionte

Ncleo

Citoplasma

Membrana plasmtica Citosol

Organelos

Citoesqueleto



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Organizacin: La membrana plasmtica de las clulas animales y vegetales est formada por lpidos y protenas, adems de una pequea cantidad de carbohidratos. Los principales lpidos de la membrana son fosfolpidos, que se disponen formando una doble capa. Distribuidas en la bicapa se encuentran distintos tipos de protenas, ya sea atravesndola (protenas integrales) o dispuestas sobre la cara interna (protenas perifricas). Al igual que los lpidos, estas protenas pueden cambiar de lugar, otorgndole un gran dinamismo estructural a la membrana.1

Figura 7. Estructura general de la m. plasmtica

Funciones: Participacin en procesos de reconocimiento

celular. Determinacin de la forma celular. Recepcin de informacin externa y transmisin al

interior celular. Regulacin del movimiento de materiales entre los

medios intra y extracelular y mantencin de la concentracin ptima para llevar a cabo los procesos celulares.

Tipo de clula: Todas las clulas, sin excepcin. Cabe sealar, sin embargo, que ciertas clulas animales poseen un alto grado de desarrollo de su membrana, en cuanto a la proyeccin de plegamientos (por ej. clulas gliales del sistema nervioso) o microvellosidades (por ej. clulas intestinales y renales)

Conexiones Desde Citoesqueleto: fibras citoesquelticas se asocian con protenas de la m. plasmtica Citosol: muchas de las sustancias que atraviesan la membrana provienen del citosol REL: los fosfolpidos de la m. plasmticas se forman en el REL

Hacia Citosol: Toda sustancia que atraviesa la membrana, llega al citosol Vacuola fagoctica: la vacuola se forma de un plegamiento de la membrana plasmtica

CITOSOL Fig. 8. Aspecto del citosol al MET (en la lupa)

Organizacin: El citosol constituye el medio celular en el que ocurren procesos de biosntesis (fabricacin) de materiales celulares y de obtencin de energa. Procesos mecnicos como el movimiento del citoplasma o ciclosis en clulas vegetales y la emisin de seudpodos en las clulas animales dependen de las propiedades de semilquido del citosol. El citosol est compuesto por agua, enzimas, ARN, protenas estructurales, inclusiones, etc. y constituye cerca del 54% del volumen total de una clula.

Tipo de clula:

1 Ms detalles estructurales y funcionales de la membrana plasmtica, se entregan en la pgina 28



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Funciones: Sntesis de molculas orgnicas, por ej., protenas mediante ribosomas Transporte, almacenamiento y degradacin de molculas orgnicas,

como grasas y glucgeno

Todas, en general.

Conexiones Desde M. plasmtica: transporte de sustancias que ingresan a la clula Ncleo: transporte de ARN

Hacia Ncleo: transporte de nucletidos y protenas ribosomales M. plasmtica: transporte de sustancias de desecho

CITOESQUELETO Es una red de filamentos proteicos que surca el citosol, participando en la determinacin y conservacin de la forma celular, en la distribucin de los organelos en el citosol y en variados tipos de movimientos celulares. Los principales tipos de filamentos citoesquelticos son: Figura 9. Tres tipos de fibras citoesquelticas

Organizacin:

Funciones:

Microfilamentos: cadenas dobles trenzadas, cada una formada por un hilo de subunidades de una protena llamada actina; cerca de 7 nm de dimetro y hasta varios centmetros de longitud (en el caso de clulas musculares).

Contraccin muscular; cambios en la forma celular, incluida la divisin citoplasmtica en las clulas animales; movimiento citoplasmtico; movimiento de seudpodos

Filamentos intermedios: constan de 8 subunidades formadas por cadenas proteicas que parecen cuerdas; 8 - 12 nm de dimetro y 10-100 mm de longitud.

Mantenimiento de la forma celular; sujecin a microfilamentos en clulas musculares; soporte de extensiones de clulas nerviosas; unin de clulas.

Microtbulos: tubos formados por subunidades proteicas espirales de dos partes; cerca de 25 nm de dimetro y pueden alcanzar 50 mm de longitud. La protena que forma las subunidades se llama tubulina.

Movimiento de cromosomas durante la divisin celular coordinado por los centriolos; movimiento de organelos dentro del citoplasma; movimiento de cilios y flagelos

Tipo de clula: En general, todas las clulas eucariontes poseen los tres tipos de componentes citoesquelticos. El uso de uno u otro depender de la tarea especfica de la clula. Slo las clulas animales poseen centriolos para coordinar la divisin celular. Las clulas ciliadas pueden ser independientes como muchas especies de organismos unicelulares o formando tejidos, como es el caso de la superficie interna de la trquea o la trompa de Falopio. Los flagelos se pueden encontrar en protozoos y espermatozoides.

Conexiones Desde Ribosomas: sntesis de todas las protenas citoesquelticas

Hacia La mayora de los organelos est afirmado por el citoesqueleto M. plasmtica: Muchas fibras est fijas a protenas de la membrana Vesculas: los movimientos de lisosomas, vacuolas, etc. dependen del citoesqueleto.



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NCLEO El ncleo es una estructura que se presenta en todo tipo de clula, excepto en las bacterias y cianobacterias. Comnmente existe un ncleo por clula, si bien algunas clulas carecen de ste (como el glbulo rojo) y otras son bi o plurinucleadas (como las clulas del msculo esqueltico). La forma nuclear es variable dependiendo en gran parte de la forma celular, en tanto su tamao guarda relacin con el volumen citoplasmtico. Figura 10. Morfologa y relaciones estructurales del ncleo

Organizacin: Cuando la clula no se est dividiendo, el ncleo est constituido por una envoltura nuclear o carioteca, el material gentico o cromatina y uno o ms nuclolos. Tanto la cromatina como el nuclolo estn incluidos en un medio semilquido llamado jugo nuclear o carioplasma. Durante la divisin celular se pierde esta organizacin, ya que desaparece la carioteca y el nuclolo, en tanto la cromatina se condensa y forma a los cromosomas. Carioteca: Es una doble membrana provista de poros. Forma parte del sistema de membranas internas de la clula, presentando continuidad con el RER. Su superficie externa suele presentar ribosomas adheridos, mientras que a la superficie interna se adosan grnulos de cromatina. A travs de los poros se mantiene un intercambio permanente de materiales entre el carioplasma y el citoplasma. Cromatina: Es una red de grnulos y filamentos constituida por ADN y protenas. El ADN es la molcula que posee la informacin con el diseo de todas las protenas que es capaz de elaborar el organismo de una especie. Cuando la clula se dispone a dividirse, la cromatina se duplica y luego se condensa para formar los cromosomas, que actan como portadores de la informacin hereditaria. Nuclolo: Es una estructura intranuclear desprovista de membrana. Alcanza su mayor desarrollo, en cuanto a tamao y cantidad, en clulas que sintetizan activamente protenas. En el nucleolo se sintetiza ARN y adems se arman los ribosomas que luego se desplazan hasta el citosol y/o RER a travs de los poros nucleares

Funciones: Separa el material gentico del citosol. Controla la sntesis de protenas. Ensambla los ribosomas en el nucleolo.

Tipo de clula: Clulas eucariontes en general. El nucleolo tiene mayor desarrollo en clulas con activa sntesis de protenas, por ejemplo algunos tipos de clulas glandulares

Conexiones Desde Citosol: recibe protenas que controlan la lectura del ADN

Hacia Citosol: traspasa ribosomas y ARN RER: traspasa ribosomas



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RETCULO ENDOPLSMICO Es un organelo constituido por un sistema de tbulos y vesculas interconectados que comunica intermitentemente con las membranas plasmticas y nuclear y que funciona como un sistema de transporte intracelular de materiales. Hay dos tipos de retculo endoplsmico: RETCULO ENDOPLSMICO RUGOSO

(RER) RETCULO ENDOPLSMICO LISO (REL)

Organizacin: Rugoso (RER): posee membranas dispuestas en sacos aplanados que se extienden por todo el citoplasma. Estn cubiertas en su superficie externa por ribosomas.

Liso (REL): posee membranas dispuestas como una red mas bien tubular, que no suele ser tan extendida como el RER. No posee ribosomas en su superficie.

Figura 11. Morfologa y relaciones estructurales del RE

Funciones: Rugoso (RER): Almacenamiento y transporte de las protenas

fabricadas en los ribosomas que posee adosados

Liso (REL): Sntesis de lpidos, como esteroides,

fosfolpidos y triglicridos. Detoxificacin de materiales nocivos y

medicamentos que penetran en las clulas, especialmente en el hgado.

Tipo de clula: En general, en todo tipo de clulas eucariontes. Como la funcin de los ribosomas es la

sntesis de protenas, el RER abunda en aquellas clulas que fabrican grandes cantidades de protenas.

El REL es abundante en clulas especilizadas en la sntesis de lpidos, por ejemplo las clulas que fabrican esteroides como algunas clulas de los rganos sexuales.

Conexiones Desde Ncleo: RER recibe ribosomas que se adhieren en su superficie externa Ribosomas del RER: RER adquiere protenas para su almacenamiento y transporte

Hacia Aparato de Golgi: transporta protenas del RER y lpidos del REL

APARATO DE GOLGI

Organizacin: Es un organelo nico del sistema de membranas internas constituido por sacos aplanados o cisternas apiladas y vesculas. Funciones: Procesa, clasifica y capacita las molculas

sintetizadas en el RER y REL, para convertirlos en molculas funcionales

Sintetiza molculas que forman parte de paredes (celulosa) o de membranas celulares (glicolpidos y glicoprotenas).

Produce vesculas de secrecin, llenas de materiales originados en el RER y REL

Participa en la formacin de lisosomas, as como del acrosoma, estructura del espermio que posibilita su penetracin al vulo.

Fig. 12. Morfologa y relaciones estructurales del

A. de golgi



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Tipo de clula: Est especialmente desarrollado en clulas que participan activamente en el proceso de secrecin en las cules distribuye intracelularmente y exterioriza diversos tipos de sustancias sintetizadas en el RER y REL. Conexiones Desde RER: Golgi modifica las protenas sintetizadas por el RER REL: Golgi modifica los lpidos sintetizados por el REL

Hacia Lisosomas: Golgi da origen a los lisosomas M. plasmtica: Golgi libera vesculas que se liberan en la membrana; produce molculas que forman parte de la membrana

LISOSOMAS Organizacin: Son organelos provistos de una membrana limitante que encierra gran cantidad de enzimas digestivas, que degradan materiales provenientes del exterior o de la misma clula. Son heterogneos, aunque la mayora se puede definir como redondeado u ovoide. Su membrana es resistente a las enzimas que contiene y protege a la clula de la autodestruccin. Su nmero oscila entre unos pocos y varios cientos por clula.

Funciones: Digestin de material extracelular mediante

la exocitosis de enzimas; as ocurre la digestin de los alimentos en el tubo digestivo, la remodelacin del hueso formado y la penetracin del espermio en la fecundacin. (fig. 9A)

Digestin de restos de membranas celulares mediante autofagia. Esto permite la renovacin y el recambio de organelos en clulas daadas o que envejecen. (fig. 9B)

Digestin de alimentos y otros materiales incorporados a la clula; esto permite alimentarse de grmenes a ciertas clulas de funciones defensivas (fig. 9C)

Mediante el rompimiento de la membrana lisosomal en forma programada, la clula puede determinar su autodestruccin, fenmeno que es crucial en varias etapas de la vida y se denomina apoptosis (fig. 9D)

Tipo de clula: Son organelos presentes en clulas eucariontes en general. Son especialmente importantes en clulas de rganos digestivos, en el tejido seo (huesos), en el espermio, los glbulos blancos, entre muchos otros. Conexiones Desde Golgi: Los lisosomas son vesculas construidas en el Golgi

Hacia M. plasmtica: al liberar enzimas mediante vesculas que se funden con la m. plasmtica Vacuola fagoctica o alimentaria2: se pueden fundir con vacuolas para digerir el interior Cualquier organelo membranoso: para realizar autofagia

2 En este caso, es un organelo de almacenamiento a corto plazo, a diferencia de la vacuola central de las plantas.

Figura 13. Funciones de los lisosomas



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PEROXISOMAS Se parecen a los lisosomas en que tambin son organelos redondeados, que poseen una serie de enzimas en su interior.

Figura 14. Peroxisomas junto a otros organelos

Organizacin: La concentracin de enzimas que poseen en su interior es tal, que tienden a formar cristales, los que se aprecian como manchas oscuras en su interior. Dos de sus enzimas ms importantes son la catalasa y la urato oxidadasa

Funciones: Sus enzimas utilizan O2 para eliminar tomos de

hidrgeno a varios tipos de molculas orgnicas, a travs de una reaccin qumica que produce perxido de hidrgeno (H2O2). A su vez, toma el H2O2, junto a diversas sustancias que pueden resultar txicas (por ej. el alcohol), y transformarlas en agua.

Participa en ciertas etapas de degradacin de las grasas Tipo de clula: Presentes en todas las clulas eucariontes. Especialmente numerosos en clulas del hgado y los riones. Conexiones Desde Citosol: todas sus enzimas son importadas desde el citosol

Hacia Citosol: tras metabolizar una gran diversidad de molculas, traspasan los productos al citosol, algunos de los cuales se aprovechan en las mitocondrias

RIBOSOMAS Figura 15. Organizacin de un ribosoma Organizacin:

Son organelos no membranosos. Bsicamente son grnulos pequeos, consistentes en ARN y protenas. Algunos son libres y se encuentran suspendidos en el citosol, mientras que otros estn asociados a membranas internas de la clula. Cada ribosoma est constituido por dos subunidades: una mayor y otra menor. Cada una de ellas, posee un tipo de ARN llamado ARN ribosomal y protenas ribosomales. Pueden asociarse varios ribosomas entre si, formando unas estructuras con forma de collar de perlas, llamadas polirribosomas.

Funciones: Exclusivamente, sntesis de protenas

Tipo de clula: Todos los tipos de clulas, pues todas requieren elaborar sus propias protenas

Conexiones Desde Ncleo: los ribosomas se arman en el interior del ncleo Citosol: los materiales para el armado de cada protena, se ubican o provienen en el citosol

Hacia Citoplasma: todas las protenas citoslicas y citoesquelticas se originan en los ribosomas M. plasmtica: muchas protenas de la membrana, se elaboran en los ribosomas RER: los ribosomas adheridos al RER, les traspasan protenas sintetizadas para un posterior procesamiento



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MITOCONDRIAS

Organizacin: Son organelos de forma esfrica, tubular u ovoide, dotados de una doble membrana, que limita un compartimento en el que se encuentran diversas enzimas que controlan el proceso de la respiracin celular. Cada mitocondria consta de una membrana externa bastante permeable y otra interna y plegada, muy impermeable. El plegamiento de la membrana interna forma las crestas mitocondriales, cuyo fin es disponer de una mayor superficie para realizar reacciones qumicas

Funciones: Sntesis de molculas de ATP, mediante la degradacin de carbohidratos, proceso conocido como respiracin celular. Las molculas de ATP son indispensables en la ejecucin de tareas que requieren energa, por ejemplo, la sntesis de protenas.

Tipo de clula: Se encuentran en todo tipo de clulas eucariontes, y su nmero vara de acuerdo a la actividad celular, siendo ms elevado en aquellas clulas que tienen mucho gasto de energa. Por ejemplo, en clulas musculares.

Figura 16. Estructura general de una mitocondria Conexiones Desde Citosol: la mitocondria obtiene la materia prima para la respiracin celular: glucosa y oxgeno

Hacia Todos las procesos (casi todos mediados por protenas) en que se requiere ATP

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