Tema 30Nivells d’organització dels éssers

vius. La diferenciació cel·lular. Teixits animals i vegetals.

1. Els nivells d’organització dels éssers vius•Nivells molecular, macromolecular i subcel·lular.•Nivell cel·lular. Cèl·lula procariota i cèl·lula eucariota.•Nivell pluricel·lular: teixits, òrgans, aparells i sistemes.• Població. Comunitat. Ecosistema.

2. La diferenciació cel·lular• Formació de patrons. Activació i desactivació de gens: gens mestres.•Transformacions homeòtiques. Mutacions: anntenapedia i ultrabithorax•Mecanismes de diferenciació cel·lular: segregació de factors citoplasmàtics, comunicació cel·lular, cascada reguladora.•Genètica del desenvolupament. Homeodominis. Gens Hox: pax-6.

3. Teixits animals.•Teixit epitelial: característiques. Epiteli de revestiment: classificació en funció del nombre de capes i de la forma de la cèl·lula. Funcions. Localització. Epiteli glandular: origen, tipus (exocrines i endocrines), modalitats de secreció (apocrina, holocrina, merocrina)•Teixits connectius: característiques i origen. Composició: substància intercel·lular, fibres (col·lagen, reticulina, elastina) i matriu. Classificació: conjuntiu (lax, dens, elàstic i reticular), adipós, cartilaginós (hialí, fibrós, elàstic), ossi (compacte, esponjós) i hematopoètic.•Teixit muscular: característiques i propietats. El sarcòmer. Classificació (estriat, llis, cardíac). Localització.•Teixit nerviós: característiques i propietats. Estructura de la neurona. Nervis mielínics i amielínics. Cèl·lules de la glia: oligodendròcits, astròcits, micròcits, cèl·lules ependimàries.

4. Teixits vegetals•Teixit meristemàtics: estructura, funció i localització (primari, secundari).•Teixit parenquimàtic: estructura, funció i localització. Tipus: clorofíl·lic, de reserva, aqüífer, aerífer.•Teixits de protecció. Teixit epidèrmic: estructura, funció i localització. Estomes. Tricomes. Teixit suberós: lenticel·les. Teixit glandular: cèl·lules epidèrmiques, bosses lisigèniques, conductes secretors, tubs laticífers.•Teixits de sosteniment: estructura, funció i localització. Col·lènquima: angular, laminar, lacunar. Esclerènquima: fibres, cèl·lules pètries.•Teixits conductors: estructura, funció i localització. Xilema. Floema.

Nivells d’organització dels éssers vius

Nivell molecular

Nivell macromolecul

ar

Nivell subcel·lular

Nivell cel·lular.

Nivell pluricel·lular

Nivell de població

Nivell de comunitat

Nivell d’ecosistema

BIOSFERA

La diferenciació cel·lular

Activació i desactivació de gens

A mesura que una cèl·lula es diferencia i

s’especialitza en una funció determinada,

canvia la seva estructura, amb freqüència canvia la seva forma i, de manera invariable, també canvia

el contingut de substàncies en el seu interior. Tots aquests

processos de canvi estan governats per l’acció de

molècules clau, principalment proteïnes i

molècules d’ARNm específiques.

Mecanismes de diferenciació cel·lular

Segregació de factors citoplasmàtics.

Per mitjà d’aquest procés, factors cel·lulars com proteïnes o molècules d’ARNm, presents

en la cèl·lula mare, es distribueixen en forma desigual

entre les cèl·lules filles en el moment de la divisió cel·lular. Aquests factors poden regular la transcripció, la traducció, la

senyalització o altres processos cel·lulars en una de les cèl·lules

filles d’una manera molt distintiva i determinar així una destinació cel·lular diferent per

a cèl·lules germanes segons hagin rebut o no aquests

factors de la cèl·lula mare.

Mecanismes de diferenciació cel·lular

Comunicació cel·lular. Una sèrie de divisions

cel·lulars pot produir un conjunt de cèl·lules

idèntiques que, per rebre diferent estimulació

provinent del seu entorn, es diferencien i adquireixen

propietats distintes. L’entorn d’algunes de les

cèl·lules filles pot ser diferent, per exemple, per

tenir diferents cèl·lules veïnes. Algunes de les cèl·lules, en principi

idèntiques, reben diferents senyals de l’exterior que provoquen l’activació o la inactivació d’un regulador

mestre específic.

Quan aquests senyals s’uneixen als seus receptors de membrana específics, es produeix una cascada

d’esdeveniments que alteren l’expressió dels gens en el nucli d’aquesta cèl·lula.

Mecanismes de diferenciació cel·lular

Gens homeòtics

Antennapedia Ultrabithorax

Genètica del desenvolupament

Els estudis de desenvolupament comparat mostren que els gens que controlen el desenvolupament són molt semblants en diferents

organismes. L’organització jeràrquica dels programes genètics de desenvolupament suggereix que mutacions puntuals poden conduir a

reordenaments profunds del pla anatòmic d’un organisme. És suficient que muti un gen regulador mestre a la part alta de la

jerarquia perquè una multitud de gens subalterns modifiqui la seva acció.

Epitelis de revestimentLes cèl·lules formen una capa continua que recobreix una superfície

interna o externa.Les cèl·lules estan unides entre sí per una fina capa de substància

intercel·lular.Cada cèl·lula té una vora lliure i sovint altament especialitzada.

La cara oposada descansa sobre una membrana basal derivada del teixit conjuntiu subjacent.

No hi ha vasos sanguinis.Està exposat a agressions físiques i infeccions i actua com a capa

protectora.Les cèl·lules mortes es reemplacen per altres noves, i per això les mitosis

són abundants.Tots els productes de les activitats vitals del cos passen per l’epiteli.

Alguns epitelis s’especialitzen en la recepció d'estímuls.

Teixits animals

Teixit epitelial

Epitelis glandularsUna glàndula és un òrgan enterament constituït per cèl·lules secretores

especialitzades. Les glàndules exocrines romanen unides a l’epiteli superficial per

conductes, a través dels quals descarreguen les seves secrecions. Pel contrari, les glàndules endocrines no tenen conductes i perden, per tant, la seva connexió epitelial. Aquestes glàndules, sense conductes, estan

molt vascularitzades i descarreguen els seus productes en vasos sanguinis.

Glàndula serosa: esòfag

Glàndula mucosa: pàncrees

En un estat molt inicial del desenvolupament, les cèl·lules mesenquimàtiques estrellades es desprenen del mesoderma, i es

distribueixen per les tres capes de l’embrió. El teixit connectiu sorgeix d’aquestes cèl·lules mesenquimàtiques disperses, per tant, es troba

localitzat en tot l’embrió. Algunes d’aquestes cèl·lules romanen en estat indiferenciat en el teixit adult.

El teixit connectiu està format per cèl·lules, substància fonamental o matriu i fibres. La matriu i les fibres, que no són elements vius de la cèl·lula, són predominants, i formen el suport material del cos. Com

indica el seu nom, el teixit connectiu actua com un sistema de connexió que uneix la resta dels teixits. El factor comú dels diversos tipus de

teixits connectius és el seu origen a partir de cèl·lules mesenquimàtiques.

Teixits connectius

Substància fonamental amorfa. Es compon d’una mescla de mucopolisacàrids (àcid hialurònic, condroitinsulfat i altres substàncies no identificades). Alguns bacteris envaeixen el teixit connectiu tot segregant

l’enzim hialuronidasa, que digereix l’àcid hialurònic de la substància fonamental.

Fibres. Les cèl·lules del teixit connectiu són fibroblasts que segreguen una fibra precursora cada una de les quals es condensa formant

col·lagen dintre de la cèl·lula, o be en la seva superfície. Els fibroblasts són a més els responsables de la síntesis de les fibres elàstiques i reticulars i dels components amorfs de la substància intercel·lular.

Golgi

Reticleendoplasmàtic

Membrana

Citoplasma

Nuclèol

Col·lagen Elastina Reticulina

Matriu. La matriu del cartílag es compon de tres substàncies:

- Condromucoide: una glicoproteïna- Condroitinsulfat: fortament basòfil

- Albumoide: en quantitat variable, augmenta amb l’edat

La matriu de l’os consta de- un component mineral, hidroxilapatita (3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2, en

un 65%)- un component orgànic, l’osseïna, similar al col·lagen i que per

cocció dóna gelatina.

La dentina està formada per un 70% de matèria mineral i és similar a l’os però més dura. Està formada per odontoblasts; aquestes cèl·lules

expulsen fines prolongacions que queden en els canals de dentina.

LaxSubstància fonamental de

consistència gelatinosa i una xarxa laxa de fibres (teixit

connectiu subcutani).

Teixit conjuntiu

DensPredomini de fibres, dispostes

de manera regular (tendó, lligament, lligament elàstic) o

irregular (dermis)

ElàsticRic en fibres d’elastina. Es troba al voltant dels vasos sanguinis,

latràquea i els bronquis.

Teixit conjuntiu

ReticularRic en fibres de reticulina

finament ramificades, suportant les cèl·lules parenquimàtiques

viscerals

Teixit adipós

MitocondriCitoplasma

Gota de greix

Golgi

Nucli

Hialí: matriu translúcida amb fibres

de col·lagen molt fines (cartílag de la

tràquea)

Fibrós: fibres de col·lagen denses

immerses en la matriu (disc intervertebral)

Elàstic: fibres elàstiques immerses

en la matriu (oïda externa, epiglotis)

Teixit cartilaginós

Molt especialitzat, amb funció de suport esquelètic. Les cèl·lules s’anomenen condròcits. Poden trobar-se aïllades o agrupades i estan envoltades d’una substància intercel·lular, la matriu, molt abundant i

que presenta nombroses fibres

Compacte (o dens)Format per sistemes de Havers

(diàfisi dels ossos llargs)

EsponjósTrabècules entre la medul·la de l’os, amb cavitats (epífisis dels ossos llargs i interior dels ossos

plans)

Teixit ossi

També de funció esquelètica. S’origina a partir del teixit cartilaginós per calcificació

de la matriu intercel·lular, tot i que continua mantenint una part orgànica de fibres de col·lagen. Les cèl·lules que el formen són els

osteòcits i se situen en unes cavitats, les llacunes òssies, disposades al voltant d’uns canals que els porten els nutrients necessaris per

mantenir les seves funcions vitals.

El teixit muscular és un derivat mesodèrmic i està especialitzat en la contracció. Es compon d’unitats allargades, les fibres musculars,

tancades per un entramat de teixit connectiu vascular que també li proporciona subjecció a l’esquelet o a la pell.

Es poden distingir tres tipus diferents de fibra muscular, cadascuna adaptada per executar una classe distinta de contracció. El múscul esquelètic es contrau ràpidament durant la locomoció; el múscul llis de la paret del tracte digestiu té contraccions rítmiques lentes, del

moviment peristàltic; mentre que el múscul del cor continua bategant rítmicament durant tota la vida, de manera intermèdia

entre l’esquelètic i el múscul llis.

Teixit muscular

Teixit muscular llis

Nucli

NuclèolMiofibril·la

Zones decondensació

Membrana basal

Sarcolema

Conssarcoplasmàtics

Sarcolema

Sistema T

Reticlesarcoplàsmic

Membrana

Mitocondri

Cisternesterminals

I

A

Z

Triada

Miofibrilles

Teixit muscular estriat

Teixit muscular cardíac

La unitat del teixit nerviós és la cèl·lula nerviosa o neurona, que té un citoplasma altament especialitzat per a la irritabilitat i la conductivitat.

Les neurones proporcionen la comunicació entre els receptors i els efectors. Són cèl·lules molt ramificades, de cos estrellat, de grandària i forma diferents, però totes posseeixen un cos cel·lular anomenat soma, del que sorgeixen dos tipus de ramificacions: les dendrites, més curtes i molt ramificades, i l’àxon o cilindreix, més llarg i només ramificat al seu

extrem final. Als llargs àxons i a les dendrites se’ls anomena fibres nervioses.

Teixit nerviós

Les cèl·lules nervioses estan associades amb altre

tipus important de cèl·lules, les cèl·lules de Schwann. Aquestes es

disposen al llarg de tota la fibra nerviosa. Els forats

entre les successives cèl·lules són els nodus de Ranvier que es veuen en

les fibres nervioses mielinitzades. No hi ha nodus en les fibres no

mielinitzades, i els nervis difereixen també en el

número de fibres tancades per una cèl·lula de

Schwann.

En els nervis no mielinitzats les cèl·lules de Schwann poden tancar fins a 9 fibres nervioses, mentre que en els nervis

mielinitzats cada cèl·lula de Schwann envolta a una sola fibra. Les circumvolucions elaborades per les cèl·lules de Schwann

al voltant de les fibres mielinitzades només poden ser apreciades al microscopi electrònic

Fibra no mielinitzada Fibra mielinitzada

Astròcit

Astròcit

Capil·lar

Glicogen

Gliofilaments

Astròcit-capil·lar

Astròcit-astròcit

Astròcit-sinapsis

Cèl·lules ependimàries

Cilis

Astròcits i ependimòcits

Bandesd’unió

Corpusclesbasals

Microglia

És tracta d’un teixit embrionari que persisteix en la planta tota la vida i és responsable del seu creixement i desenvolupament. És constituït per cèl·lules vives, relativament petites, amb nuclis grans, sense vacúols i amb una paret cel·lular

primària fina, que no n’impedeix el creixement ni la divisió posterior.

Habitualment són isodiamètriques.

Teixit meristemàtic

Teixits vegetals

• Meristemes primaris o apicals.

Es troben als àpexs de les arrels, protegits per les còfies, i als

vèrtexs de les tiges, a l’interior de les gemmes. També poden trobar-se intercalats en els entrenusos (a les Gramínies). A partir d’aquests

meristemes es produeix el creixement en longitud de les

plantes.

Meristemes secundaris o laterals.Formen unes capes concèntriques al llarg de les tiges i de les arrels. Són

formats de cèl·lules planes. N’hi ha dos tipus, anomenats càmbium i fel·logen. El càmbium origina, cap a l'interior, els vasos llenyosos i, cap a

l’exterior, els tubs liberians. El fel·logen dóna lloc, cap a l'interior, al parènquima cortical i, cap a l'exterior, al súber. Per tant, fan créixer en

gruix la planta.

Format per cèl·lules que representen el menor grau de diferenciació. Són relativament poc especialitzades i formen el teixit fonamental de la planta, trobant-se a la medul·la i

còrtex de tiges i arrels, al mesòfil de la fulla, en la polpa dels fruits

carnosos, a l’endosperma de les llavors, etc. Filogenèticament es

considera el precursor de la resta de teixits diferenciats i en ell tenen lloc les activitats essencials de la planta.

Degut al seu baix nivell de diferenciació les seves cèl·lules són

molt plàstiques, tenint la capacitat de reiniciar l’activitat meristemàtica en

determinades condicions. És constituït per cèl·lules vives, de

forma variable, amb grans vacúols i una paret cel·lular no molt potent.

Com que són isodiamètriques suporten bé la tensió a la que estan sotmeses. Normalment deixen pocs

espais intercel·lulars.

Teixit parenquimàtic

Parènquima clorofíl·lic.Es troba al mesòfil de les fulles i a les tiges verdes. Les cèl·lules tenen

cloroplasts abundants, en els quals es realitza la fotosíntesi. Es distingeixen el parènquima clorofíl·lic em palissada, situat a l’anvers de

les fulles i constituït per cèl·lules allargades i molt atapeïdes, i el parènquima clorofíl·lic lacunar, propi de l'interior i del revers de les fulles

i que es caracteritza perquè les cèl·lules, entre elles, deixen espais (meats).

Parènquima de reserva.Es troba a l'interior dels òrgans.

Les cèl·lules, que tenen leucoplasts i vacúols de reserva

abundants, son arrodonides i deixen meats entre elles. Les

substàncies que emmagatzemen són grans de midó, cristall de proteïna o gotes lipídiques.

Parènquima aqüífer. Es troba a les plantes xeròfiles, com, per exemple, les cactàcies. Les cèl·lules són

grosses, de parets poc gruixudes i solen presentar un únic vacúol ple d’aigua i que ocupa tota la cèl·lula.

Parènquima aerífer. Es troba a les plantes aquàtiques. Entre les cèl·lules hi ha molts meats en els quals

s’emmagatzema l’aire.

Teixit epidèrmicLa seva funció és protegir la part

aèria de la planta de la dessecació i permetre l’absorció

d’aigua i de sals minerals a través de la part subterrània.

Està format per una única capa de cèl·lules vives. Es troba a les fulles i a les tiges i arrels joves.

Les seves cèl·lules son aplanades, estan perfectament

unides entre elles i no tenen cloroplasts, per la qual cosa són

incolores.

Epidermis de ceba

Teixits de recobriment

En alguns fruits (per exemple, el raïm, la pruna, etc.), aquestes cèl·lules segreguen substancies cèries que impedeixen la pèrdua d’aigua. En

plantes de climes àrids, les membranes de les cèl·lules epidèrmiques són recobertes de cutina, que arriba a formar una capa anomenada cutícula. Aquesta substancia és impermeable i n’impedeix la pèrdua d’aigua, cosa

que suposa un gran avantatge contra la dessecació, però també impedeix el pas del CO2, i de l’O2, necessaris per a la fotosíntesi i el

catabolisme cel·lular.

Per contrarestar això, hi ha unes estructures, anomenades estomes, que tenen la capacitat d’obrir-se i tancar-se i regular així l’intercanvi de

gasos. El tipus d’estoma més comú consta de dues cèl·lules arronyonades, amb cloroplasts i nucli, anomenades cèl·lules oclusives,

que deixen un orifici entre elles, l’ostíol, que comunica amb l’anomenada cambra subestomàtica. Les cèl·lules oclusives, en la fotosíntesi, se

separen, permeten el pas de gasos i s’inflen.

Estoma de gramínia

Estoma de fonoll

Cortaderia

Romaní

Alzina

D’altres estructures epidèrmiques són els pèls o tricomes. Poden ser unicel·lulars o pluricel·lulars. A les fulles i tiges hi tenen funció protectora contra la dessecació o

contra els animals herbívors, i a les arrels tenen funció absorbent.

Teixit suberòsLa funció del súber és protegir la planta contra la pèrdua d’aigua i

contra les temperatures extremes. Format per diverses capes superposades de cèl·lules mortes, es troba a les tiges i a les arrels de certa edat. La «pell» de la patata, per exemple, és teixit suberós. Les

cèl·lules mortes son plenes d’aire i les membranes contenen suberina, que és una substancia impermeable. Per permetre el pas de l’aire hi ha uns orificis anomenats lenticel·les. El suro és teixit suberós. En alguns

arbres, com l’alzina surera, el súber arriba a tenir un gran gruix.

Teixit glandularLa funció del teixit glandular és la secreció de substancies. Es constituït

per una sèrie de cèl·lules que emmagatzemen una gran quantitat de substancies de secreció i les aboquen a uns espais alveolars o tubulars

de l’interior de la planta.

Cèl·lules epidèrmiques. Són a

l'epidermis i, a vegades, es troben modificades

en forma de pèls.

Bosses lisigèniques. Procedeixen d’un

conjunt de diverses cèl·lules secretores,

desprès de la lisi de les seves membranes per digestió enzimàtica.

Conductes secretors. Son tubs en els quals

aboquen les substàncies diverses cèl·lules

secretores.

Tubs laticífers. Son tubs que contenen un líquid lletós, constituït

per aigua, gomes, resines i midó, principalment,

anomenat làtex.

Teixit colenquimàticÉs un tipus de teixit vegetal simple, format per un únic tipus de cèl·lules

prismàtiques amb un alt grau d’extensibilitat, ja que no estan lignificades, sino impregnades de pectina. Generalment aquesta

substancia ocupa els angles deixats entre les cèl·lules o recobreix la membrana cel·lular donant-li major espessor. El protoplasma de les

cèl·lules del col·lènquima persisteix i s’enriqueix amb substancies de reserva (taní).. Poden tenir cloroplasts en ocasions i fins i tot realitzar la

fotosíntesi.La funció del teixit col·lenquimàtic és mantenir dreçats i flexibles les tiges joves i els pecíols de les fulles. Es troba sota el teixit epidèrmic i

permet mantenir la forma de les parts toves de la planta.

Teixits de sosteniment

Col·lènquima angular: el més

comú. Els engruiximents es

troben en els angles on conflueixen

diverses cèl·lules.

Col·lènquima laminar:

l’engruiximent és més fort sobre les partes tangencials

que sobre les radials. Normalment es

col·loca sota l’epidermis.

Col·lènquima lacunar:

l’engruiximent es presenta al voltant

dels espais intercel·lulars.

Teixit esclerenquemàticFormat de cèl·lules amb parets molt

gruixudes, normalment dures i lignificades. Tenen paret cel·lular secundària i quan són adultes no

tenen protoplasma viu. La funció del teixit esclerenquimàtic és constituir òrgans protectors (per exemple, el pinyol del préssec) i donar suport mecànic als òrgans adults que ja

han deixat de créixer.

Fibres esclerenquimàtiquesMés llargues que amples,

d’extrems punxeguts i llum cel·lular molt estreta. Presents

en arrels, tiges i fruits, associades amb diferents teixits. Poden donar suport i elasticitat a

la planta, (lli, cànem, etc. )

Esclereides o cèl·lules pètriesMolt lignificades i de forma

normalment polièdrica, poden presentar-se aïllades o en grups. Es troben al còrtex i medul·la de tija, pecíol i arrels, al mesòfil de

la fulla, la polpa dels fruits carnosos, la coberta de la llavor,

etc.

XilemaRepresenta el principal teixit

transportador d’aigua i sals minerals (la saba bruta) de la planta, des de l’arrel a

la tija i a les fulles.Es tracta d’un teixit complex, format per

diferents tipus cel·lulars:• Traqueides. Cèl·lules mortes

allargades i de parets engruixides que són els veritables elements

conductors. Les parets es reforcen amb dipòsits de lignina.

* Fibres. Cèl·lules de l’esclerènquima que donen suport a les traqueides.

* Parènquima. Cèl·lules especialitzades en la reserva de

substàncies.El conjunt de traqueides, fibres i

cèl·lules parenquimàtiques acompanyants s’anomena lleny. La fusta es constituïda bàsicament per

aquest tipus de teixit.

Teixits conductors

FloemaLa funció del floema és transportar la saba elaborada (aigua, sacarosa, maltosa, etc.) des de les fulles a la resta de la planta. A l’igual que el xilema, es tracta d’un teixit complex format per vàries cèl·lules molt

diferenciades:• Elements cribosos. Són cèl·lules vives i allargades, superposades

unes darrera les altres, amb les parets intercel·lulars que presenten unes plaques perforades, per permetre el pas de la saba.

* Cèl·lules acompanyants o annexes. Cèl·lules parenquimàtiques molt especialitzades, originades de la mateixa cèl·lula mare que el tub cribós al que acompanyen i amb el que mantenen una íntima relació

fisiològica i funcional. Conserven el seu nucli* Cèl·lules parenquimàtiques. Amb funció de reserva.

* Fibres. Cèl·lules de l’esclerènquima que donen suport als tubs. Són allargades i presenten paret secundària.