La Membrana Celular y Orgánulos Membranosos.

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1 La Membrana Celular y Orgánulos Membranosos.
TEMA 9: La Membrana Celular y Orgánulos Membranosos.

2 1. CÉLULA. SISTEMA DE MEMBRANAS
La célula procarionte posee un solo compartimento, llamado citosol, limitado por una membrana. En el transcurso de la evolución, en las células eucariontes aparece la membrana nuclear y orgánulos, que provoca una compartimentación de la célula. Esto permite la especialización de los orgánulos en diferentes funciones. Cada Orgánulo es necesario ya pe desempeñan labores metabólicas que serían incompatibles de ser realizadas en un mismo compartimento. En células eucariontes se diferencian dos tipos de compartimentos. -Sistemas internos de membranas como el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. -Orgánulos membranosos como mitocondrias, plastos (vegetales),lisosomas, peroxisomas, vacuolas.. La evolución de estos orgánulos pudo ocurrir : -A partir de invaginaciones de la membrana plasmática dando lugar al retículo -A partir de simbiosis de células procariontes primitivas con bacterias dando lugar a orgánulos como las mitocondrias y los plastos con doble membrana y ADN propio(teoría endosimbionte)

3 2. MEMBRANA PLASMÁTICA CARACTERÍSTICAS. COMPOSICIÓN.
- MEMBRANA PLASMÁTICA,CITOPLÁSMICA O PLASMALEMA Rodea a la célula y la separa del exterior con permeabilidad selectiva. Grosor de 7,5nm por lo que no es visible al microscopio óptico pero si al microscopio electrónico de transmisión. De su estudio bioquímico se deduce que está compuesta por: LIPIDOS PROTEINAS GLÚCIDOS ( en menor proporción)

4 - LÍPIDOS: concretamente Fosfolípidos que se sitúan formando una bicapa con los extremos apolares enfrentados y los polares hacia el exterior. Glucolípidos Situados en la cara externa de la membrana. A ellos se unen oligosacáridos. Los más importantes son los esfingolípidos Esteroides . Colesterol en células animales y fitoesteroles en células vegetales.

5 - PROTEINAS Su cantidad y tipo depende de la función celular y de la especie. Se encuentran distribuidas asimétricamente.Generalmente con estructura globular. Proteinas integrales transmembrana: Atraviesa toda la membrana completa.(intrínsecas) Proteinas integrales monocapa: ocupan solo una monocapa de lípidos. Proteínas periféricas. Se unen de forma débil a los lípidos de la membrana, generalmente por la cara interna (extrínsecas) - GLÚCIDOS. La mayoría son oligosacáridos que se unen a los lípidos ( glucolípidos) o a las proteínas(glucoproteínas). Se encuentran hacia el exterior y pueden formar el glucocalix.

6 GLÚCIDOS ( CONTINUACIÓN) La mayoría son oligosacáridos que se unen a los lípidos (glucolípidos) o a las proteínas (glucoproteínas). Se encuentran en la cara externa de la membrana y forman el glucocalix. El glucocalix en células eucariotas es una cubierta extracelular a la que se atribuyen funciones como: -PROTECCION DE LA SUPERFICIE CELULAR ANTE LESIONES -RELACIÓN CON LA MATRIZ EXTRACELULAR -VISCOSIDAD QUE PERMITE EL DESLIZAMIENTO -PRESENTA PROPIEDADES INMUNITARIAS ( antígenos sanguÍneos) -RECONOCIMIENTO CELULAR

7 ESTRUCTURA En 1972 Singer y Nicholson propusieron la teoría del mosaico fluido. En ella los fosfolípidos formaban una bicapa lipídica, con proteínas que atravesaban la bicapa, la monocapa o se unían a los lípidos hacia el exterior o el interior.. Hacia el exterior y unidos a proteínas o lípidos se sitúan los oligosacáridos La presencia de esfingolípidos daba rigidez a la membrana y la de colesterol permitía la deformación ( dureza y fluidez) Se denomina así por la movilidad de los lípidos , pudiendose dar rotaciones de un fosfolípidos, desplazamientos laterales a lo largo de la monocapa o cambios de una monocapa a otra denominados flip flop ( estos mov. son raros por el alto coste energético que tienen)

8 TEORÍA DEL MOSAICO FLUIDO:
La membrana es un mosaico fluido en el que la bicapa es la red cementante y las proteínas se encuentran inmersas en ella interactuando unas con otras y a su vez con los lípidos. Tanto proteínas como lípidos pueden desplazarse lateralmente (DIFUSIÓN LATERAL). Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la disposición de todos sus componentes químicos. La fluidez es importante y la célula tiene mecanismos para regularla y alcanzar el equilibrio en cuanto a ella. ( adaptación homeoviscosa)

9 3. FISIOLOGÍA DE LA M. PLASMÁTICA.
FUNCIÓN RECEPTORA La membrana plasmática posee moléculas, generalmente proteínas, que se encargan de recibir la información. - RECEPTORES DE SEÑALES.. Son moléculas de la membrana que reciben el estímulo, que suelen ser sustancias químicas ( hormonas, neurotransmisores, fármacos, drogas) o radiaciones . Estas células se denominan diana y se estimulan al recibir el estímulo.

10 - MECANISMO DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑAL..
Una molécula extracelular ( primer mensajero) contacta con un receptor de membrana . Este produce una señal que suele ser la formación de un mensajero intracelular( segundo mensajero) que desencadena la reacción pretendida por la molécula mensaje. Algunos de los segundos mensajero más importantes son AMPc y GMPc

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12 FUNCIÓN ANTIGÉNICA. FUNCIÓN DE TRANSPORTE.
Muchas proteínas de membrana , generalmente glucoproteínas y lipoproteínas, indican el tipo de célula de la que se trata. FUNCIÓN DE TRANSPORTE. Quizá una de las más importantes. Relacionan a la célula con su medio. A través de la permeabilidad selectiva de la membrana permite o impide la entrada/salida de sustancias o moléculas que la célula necesita.

13 FUNCIÓN DE TRANSPORTE. Quizá una de las más importantes. Relacionan a la célula con su medio. A través de la permeabilidad selectiva de la membrana permite o impide la entrada/salida de sustancias o moléculas que la célula necesita.

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15 4. TRANSPORTE MOLÉCULAS DE BAJA MASA MOLECULAR.
TRANSPORTE PASIVO Se produce a favor de gradiente( concentración, presión, osmosis) y sin gasto de energía por parte de la célula. Los solutos pasan de forma natural al existir diferencia de gradiente de concentración o eléctrico. - DIFUSIÓN SIMPLE. Algunas moléculas atraviesan la bicapa porque son solubles en ella como ; O2, CO2, etanol y urea..deslizándose entre los fosfolípidos, siendo moléculas sin carga o con carga neta 0 Las moléculas con carga que no pueden atravesar la bicapa, pasan a través de las proteínas canal que facilitan el paso de iones siempre a favor de gradiente. - DIFUSIÓN FACILITADA. Pasan moléculas polares como monosacáridos, aminoácidos y nucleótidos etc. con la ayuda de permeasas. A través de unas proteínas transportadoras o carriers que se deforman al contactar con la molécula para permitir el paso de ésta. También se realiza a favor de gradiente.

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17 T. PASIVO POR PROTEINAS CANAL

18 DIFUSIÓN FACILITADA. PERMEASAS.

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20 TRANSPORTE ACTIVO Se realiza en contra de gradiente y con gasto de energía por la célula. Se realiza a través de unas proteínas de membrana llamadas bombas, que gastan ATP para funcionar. El caso más conocido es la bomba sodio/potasio. La bomba funciona sacando iones sodio al exterior y entrando iones potasio al interior, en contra de gradiente, utilizando para ello energía procedente de la hidrólisis de ATP.

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23 5. TRANSPORTE MOLÉCULAS DE ALTA MASA MOLECULAR
ENDOCITOSIS. Captura de partículas del medio externo, mediante una invaginación de la membrana, para formar una vesícula. Aquí acuden los lisosomas para realizar la digestión y así poder incorporar la sustancia endocitada a la célula. La formación de la vesícula es importante para evitar entradas de moléculas nocivas. Existen varios tipos de endocitosis: - PINOCITOSIS.( Endocitosis de fase fluida) Se ingieren líquidos y partículas en disolución.. Se produce una deformación en la membrana que acaba cerrándose y forma una vesícula.

24 - FAGOCITOSIS o endocitosis de fase sólida
- FAGOCITOSIS o endocitosis de fase sólida. Se emiten pseudópodos que ingieren partículas más grandes, incluso restos celulares y microorganismos, junto con el líquido acompañante. Se forma una vesícula llamada fagosoma .

25 - ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR.
Se necesita el reconocimiento de un receptor de membrana para la formación de la vesícula.

26 En los tres casos existen en la membrana unas proteínas llamadas clatrina que ayudan en la formación de la vesícula. Las vesículas tienen un aspecto aterciopelado a vista de microscopía electrónica.

27 EXOCITOSIS. Es la salida de las moléculas del interior al exterior celular. Para ello se forma una vesícula. Esta se acerca a la membrana plasmática, se fusionan y se libera al exterior el contenido. La cara interior de la vesícula se convierte en la cara exterior de la membrana. De esta forma se mantiene el equilibrio de la membrana plasmática, compensando la perdida por endocitosis.

28 TRANSCITOSIS. Conjunto de fenómenos en los que se acopla la endocitosis y exocitosis , que permite a una sustancia atravesar el citoplasma celular. Un caso importante es el paso de sustancias a través de células endoteliales desde la sangre a los tejidos que rodean a los capilares.

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31 6. UNIONES CELULARES SEGÚN SU EXTENSIÓN.
En los organismos pluricelulares que forman tejidos, es necesario que existan uniones intercelulares. Pueden clasificarse: SEGÚN SU EXTENSIÓN. - Tipo zónula: Se extiende a toda la superficie de la célula, como si de un cinturón se tratase - Tipo mácula: Se realiza en una zona concreta de la membrana. SEGÚN SU ESTRUCTURA Y FUNCIÓN. - UNIONES ESTRECHAS, OCLUSIVAS O HERMÉTICAS. No hay paso de moléculas entre las células, ya que cierran el espacio intercelular con unas estructuras a modo de cremallera.. Se da sobre todo en tejidos epiteliales. Proteinas implicadas: Cadherina y Cingulina y las ZO ( Zona ocludens) que interactuan con los micrifilamentos del citoesqueleto. A pesar de este impedimento, las células del sistema inmunitario son capaces de atravesar dichas uniones.

32 - UNIONES COMUNICANTES: Existe un espacio o hueco entre las membranas ( 30 nm y las membranas no llegan a contactar). Existen 2 tipos: -EN HENDIDURA O TIPO GAP ( HENDIDURA) A partir de proteínas de membrana, se forman conexiones, que son unos canales que unen las dos células y permiten el paso de iones, y moléculas pequeñas entre ambos citoplasmas. Pueden estar abiertos o tener mecanismos de cierre. Además de unir células comunica sus citoplasmas y facilita cooperación metabólica. Es muy importante en células animales. Estructuras llamadas conexones y formadas por proteina conexina.

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34 - UNIONES COMUNICANTES SINAPSIS QUÍMICA
- UNIONES COMUNICANTES SINAPSIS QUÍMICA. Entre dos neuronas hay un espacio o hendidura sináptica. El axón de una neurona libera neurotransmisores, que son reconocidos por unos receptores de las dendritas de otra neurona.

35 - UNIONES ADHERENTES, DE ANCLAJE O DESMOSOMAS
- UNIONES ADHERENTES, DE ANCLAJE O DESMOSOMAS. Unen células al conectar fibras de actina del citoesqueleto de dos células contiguas. En la cara interna del citoplasma de cada membrana se forman unas placas proteicas( placa desmosomal) de las que parten filamentos que conectan con los de las célula adyacente Es importante en células que están sometidas a esfuerzos mecánicos, como las musculares (músculo cardiaco o cuello del útero) y epiteliales.

36 7. RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
CARACTERÍSTICAS Es una red de canales de membrana unitaria que forma parte del sistema endomembranoso y supone el 50% de todas las membranas celulares. Puede contactar con la membrana plasmática, con la m. nuclear, con las dos o con ninguna. Su cantidad depende del tipo de célula.. Se diferencian dos tipos el liso y el rugoso, con ribosomas pegados Su estructura compartimenta el citoplasma encontrando, la espacio lumial que se presenta en la parte interior del retículo y que contiene una matriz de baja densidad( agua y sustancias disueltas) y el espacio citoplásmico o hialoplasmal que contacta con el citoplasma. Su composición es 70% de proteínas (estructurales y enzimas) y 30% de lípidos (fosfolípidos y colesterol). Están colocadas asimétricamente.

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39 RETÍCULO ENDOPLÁSMICO RUGOSO.(R.E.R.)
ESTRUCTURA Presenta ribosomas adheridos a la cara citoplásmica por la subunidad mayor. Se unen mediante unas proteínas transmembrana llamadas riboforinas que no presenta el R.E.L. Los sacos son más aplanados que en el R.E.L. y se rodea de vesículas de tamaño variable Abunda en células con gran actividad de síntesis de proteínas. Lo presentan todas las células eucariotas a excepción de los eritrocitos de mamíferos. FUNCIONES. Se inicia la maduración de las proteínas que se han fabricado en los ribosomas. Realiza el transporte de las proteínas, con frecuencia para este proceso se realiza una glucosilación y se transforman en glucoproteínas Las proteínas se empaquetan y se sueltan en vesículas para continuar su maduración en el aparato de Golgi. Se sintetizas proteinas en la cara exterior que luego pueden pasar a la cara interior y sufrir maduración mediante glucosilación.

40 RETÍCULO ENDOPLÁSMICO LISO (R.E.L.)
ESTRUCTURA. No presenta ribosomas pegados. Red de tubos mas tubulares interconectados y cuyas membranas se unen al R.E.R. Se encuentra rodeado de vesículas con las que contacta con otros orgánulos. Es abundante en células como musculares, secretoras de lípidos y hepáticas, secretoras de hormonas esteroideas.. FUNCIONES. -Síntesis de lípidos. Los ácidos grasos ( sintetizados en el citosol) entran en el retículo para formar lípidos más complejos como los fosfolípidos, colesterol etc.. -Transporte y liberación de moléculas - Interviene en la contracción muscular, liberando Calcio acumulado. -Papel detoxificador eliminando toxinas que provengan de: pesticidas, conservantes, medicamentos, productos celulares.. -Liberación de glucosa. Las reservas de glucógeno hepático se encuentra en pequeños gránulos pegados al R.E.L. Si se necesita energía, se rompe el glucógeno y las moléculas de glucosa se transportan y exportan por el retículo Asociar las células con las funcione.

41 8. APARATO DE GOLGI CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURA DE UN DICTIOSOMA
Descubierto en 1898 por Camilo Golgi. Es una red perinuclear más ordenada que el retículo, que suele situarse rodeando al núcleo. Presente en todas las células eucariotas, salvo los eritrocitos de mamíferos. Está organizada por subunidades denominadas dictiosomas. Puede haber uno o varios. ESTRUCTURA DE UN DICTIOSOMA Es un apilamiento de sáculos o cisternas aplanadas, entre cinco y ocho Los sáculos suelen tener los extremos dilatados, de los que se desprenden vesículas por gemación. Rodeando al dictiosoma existen numerosas vesículas. Presenta polaridad: La cara cis o de formación, cerca de la membrana nuclear y el R.E.R, por el que entran las vesículas a madurar y la cara trans, distal o de maduración, cerca de la m. plasmática, por la que salen las vesículas con las proteínas maduras. El paso se realiza por las vesículas de cisterna a cisterna.

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45 FUNCIONES - Empaquetamiento , distribución y secreción de productos que proceden del R,E. y que entran por la cara cis, mediante vesículas, y salen por la cara trans en forma de vesícula de secreción. - Formación de lisosomas primarios. - Formación del tabique telofásico o fragmoplasto en células vegetales en la citocinesis, por acumulación de vesiculas - Formación del acrosoma del espermatozoide. Estructura cargada de enzimas hidrolíticas. - Procesado de lípidos para la formación de glucolípidos.

46 RELACIÓN RIBOSOMA. R.E. APARATO GOLGI
Existe una relación entre estos tres orgánulos sin necesidad de tener continuidad física entre ellos. En los ribosomas se realiza la fabricación de proteínas. En el retículo se inicia su maduración y en el aparato de golgi se finaliza la maduración y se distribuye. La comunicación entre ellos se realiza por vesículas.

47 9. LISOSOMAS CARACTERÍSTICAS. ESTRUCTURA.
Son orgánulos redondeados de membrana unitaria que poseen enzimas digestivas(hasta 50 diferentes que funcionan a pH 4,6 = hidrolasas ácidas) Su número es variable y en células vegetales es menor, ya que estas utilizan la fotosíntesis. En su membrana poseen una proteína transportadora para bombear al interior iones H y mantener un pH alrededor de 5. Las enzimas son hidrolasas ácidas de distinto tipo. Cada lisosoma las posee de un tipo. Se originan a partir del aparato de Golgi.

48 TIPOS DE LISOSOMAS. POLIMORFISMO
LISOSOMAS PRIMARIOS. Son las vesículas desprendidas del aparato de golgi, que contienen enzimas generalmente de un solo tipo. LISOSOMAS SECUNDARIOS. Se producen al fusionarse un lisosoma primario con una vacuola con sustancias a degradar. Según el origen de esa vacuola: Lisosomas heterofágicos o heterolisosomas: Cuando la vacuola contiene sustancias procedentes del exterior que han entrado en la célula por endocitosis. Lisosomas autofágicos o autolisosomas: Cuando la vacuola contiene restos celulares a degradar Cuerpos residuales: Las moléculas degradadas que son útiles pasan al hialoplasma y el resto se queda formando un cuerpo residual o vacuola fecal que se expulsa al exterior por exocitosis. - Se habla de polimorfismo al transformarse unos lisosomas en otros. Empiezan siendo primarios, pasan a secundarios y acaban siendo cuerpos residuales..

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50 FUNCIONES DE LOS LISOSOMAS.
Formar lisosomas secundarios para realizar un papel digestivo. Papel defensivo ya que también fagocitan vacuolas con bacterias y virus, como ocurre con los leucocitos. Degradación de restos celulares inservibles. Degradación de zonas lesionadas por agentes tóxicos. Degradación de tejidos larvarios durante el proceso de la metamorfosis, como la cola del renacuajo. Reabsorción de citoplasma en células vegetales que van a transformarse en tubos.

51 10. PEROXISOMAS CARACTERÍSTICAS FUNCIONES
Son bolsas con enzimas oxidasas y catalasa, con membrana unitaria y forma ovoide. Las enzimas oxidativas intervienen en el metabolismo energético y la catalasa degrada el peróxido de hidrógeno ( H2O2), que aparece en las reacciones oxidativas y lo transforma en agua y oxígeno Se replican por división, como mitocondrias y cloroplastos, pero no tienen ADN. FUNCIONES - Aparecen en diversas rutas metabólicas. - Oxidación de diversos sustratos orgánicos para obtener energía, que generarán agua oxigenada que luego se degrada por la catalasa. - Detoxificación. Muy importante en células hepáticas para oxidar el alcohol - Síntesis de lípidos como el colesterol y ácidos biliares. - Degradación de bases nitrogenadas y lípidos (beta oxidación) - Interviene en la fotorrespiración en células vegetales. - Transforma ácidos grasos en las semillas en azúcares. Ciclo del Glioxilato. Estos en concreto se denominan Glioxisomas.

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53 11. VACUOLAS CARACTERÍSTICAS. FUNCIONES.
Son orgánulos membranosos de membrana unitaria que se utiliza para almacenar sustancias. En células vegetales son muy importantes, siendo grandes o muy numerosas. En células animales tienen poca importancia Su forma y tamaño es variable. Su membrana recibe el nombre de membrana tonoplástica o tonoplasto y dentro tiene el jugo vacuolar amorfo cuyo principal componente es el agua. FUNCIONES. - En células vegetales almacenan sustancias nutritivas, agua, sustancias de desecho procedentes del metabolismo celular, pigmentos que dan color e incluso sustancias toxicas. - En células animales se utiliza más el término de vesícula y su papel es digestivo, regular la cantidad de agua en ciliados. -Mantiene la turgencia celular.

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55 12. MITOCONDRIAS CARACTERÍSTICAS
Son orgánulos de doble membrana que aparecen en número variable según la célula y su actividad energética. Están presentes en todas las células eucariotas aerobias. Su forma es variable , aunque generalmente aisladas y alargadas. Su localización también depende de las necesidades energéticas. En el espermatozoide alrededor del flagelo. Se dividen por escisión binaria El conjunto de las mitocondrias de una célula se denomina condrioma celular

56 ESTRUCTURA Membrana externa: de proporción similar de lípidos y proteínas ( 40% -60%). Es bastante permeable. En la membrana intercaladas hay unas proteinas que se llaman porinas y que forman canales no selectivos que permiten circulación de sustancias. Membrana interna: es muy rica en proteinas, casi el 80% y es menos permeable por los lípidos que posee. Presenta numerosos repliegues o invaginaciones generalmente perpendiculares al eje mayor, denominadas crestas En la cara interna de las crestas se encuentran unas pequeñas esferas con un pedúnculo, denominadas partículas F, que contiene el complejo multienzimático ATPasa y se encargan del transporte de electrones en la cadena respiratoria. Espacio intermembrana: Separa las dos membranas y tiene una composición similar al hialoplasma. Matriz mitocondrial: Solución acuosa que contiene ADN mitocondrial, ARN, ribosomas propios de menor tamaño (mitorribosomas), enzimas implicadas en la replicación de su ADN , enzimas implicadas en la transcripción de su ARN y en la síntesis de proteínas propias. Enzimas implicadas en el ciclo de Krebs y en la oxidación de ácidos grasos. Iones de calcio, fosfato y ribonucleoproteínas.

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58 PARTÍCULAS F

59 FUNCIONES Ciclo de Krebs que se realiza en la matriz de la mitocondria en el catabolismo de los azúcares, para obtener energía. Fosforilación oxidativa que se realiza en las crestas mitocondriales implicando a las partículas elementales F y la actividad ATPasa para fosforilar el ADP y formar ATP. Cadena transportadora de electrones: derivados del ciclo de Krebs. Beta oxidación que se realiza en la matriz mediante el catabolismo de los lípidos. Síntesis de proteínas propias en la matriz.

60 13.PLASTOS CARACTERÍSTICAS
Orgánulos exclusivos de células vegetales y algunos protoctistas. Aparecen en número y tamaño variable Poseen forma variable siendo la más frecuente la lenticular u ovoide. Posee doble membrana Existen dos tipos: Leucoplastos que no tienen color y almacenan sustancias de reserva como almidón(amiloplastos), proteínas (proteoplastos) y lípidos (oleoplastos). Abundan en los tejidos de reserva. Los cromoplastos que son coloreados por tener pigmentos. Un tipo especial son los cloroplastos que contienen clorofila color verde, pero existen otros tipos como los rodoplastos Rodoplastos : contienen ficoeritrina y tienen color rojo.

61 ESTRUCTURA DE UN CLOROPLASTO
Membrana externa de proporción similar en lípidos y protenas.( Muy permeables) Membrana interna con menos lípidos, más prote´´nas para el proceso fotosintético y pigmentos 2% carotenoides y 8% clorofilas ( poco permeables) Estroma o matriz interna amorfa: Solución concentrada rica en protenas(enzimas) ADN, ARN, y ribosomas (plastoribosomas), también contiene inclusiones de almidón y lípidos. Alberga las enzimas encargadas de la fijación de CO2 siendo la RubisCo la más importante ( Ribulosa-1,5-difosfato carboxilasa/oxigenasa) Dentro del estroma se encuentran una serie de discos aplanados llamados tilacoides. Algunos tilacoides aparecen apilados en estructuras llamadas grana, y otros de mayor tamaño que unen diferentes grana se denominan lamelas, conectando todos los tilacoides.

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64 FUNCIONES Fotosíntesis. : La fase dependiente de luz en los tilacoides ( producción de ATP y NADPH) y la fase oscura en el estroma ( fijación de CO2 y formación de glucosa) Fotorrespiración junto con los peroixisomas. Síntesis de moléculas sencillas como ácidos grasos y aminoácidos. Síntesis de prote´´Inas propias a partir de su ADN Reducción de Nitratos a Nitritos