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La diferenciación celular es el proceso por el que las células adquieren una forma y una función determinada durante el desarrollo embrionario o la vida de un organismo pluricelular,especializándose en un tipo celular. La morfología de las células cambia notablemente durante la diferenciación, pero el material genético o genoma, permanece inalterable, con algunas excepciones.

Unacélula capaz de diferenciarse en varios tipos celulares se llama pluripotente. Estas células se llaman células madre en los animales y células meristemáticas en las plantas superiores. Una célulacapaz de diferenciarse en todos los tipos celulares de un organismo se llama totipotente. En los mamíferos, solo el zigoto y las células embrionarias jóvenes son totipotentes, mientras que en las plantas,muchas células diferenciadas pueden volverse en totipotentes

En la mayoría de los organismos multicelulares, todas las células no son idénticas. Por ejemplo, las células que forman la piel en elser humano son diferentes de las células que componen los órganos internos. Sin embargo, todos los diferentes tipos celulares derivan de una sola célula inicial o cigoto, procedente de la fecundaciónde un óvulo por un espermatozoide, gracias a la diferenciación celular. La diferenciación es un mecanismo mediante el cual una célula no especializada se especializa en numerosos tipos celulares queforman el cuerpo como los miocitos (células musculares), los hepatocitos (células del hígado) o incluso las neuronas (células del sistema nervioso). Durante la diferenciación, ciertos genes sonexpresados mientras que otros son reprimidos. Este proceso es intrínsecamente regulado gracias al material epigenétio de las células. Así, la célula diferenciada se desarrollará en estructuras específicas yadquirirá determinadas funciones.

La diferenciación puede afectar a los cambios de numerosos aspectos de la fisiologia de la célula como el tamaño, la forma, la polaridad, la actividad metabólica,...