Zellen sind die kleinste Komponente des Körpers, die alle grundlegenden Lebensfunktionen ausführen kann. Jede Zelle erfüllt spezielle Funktionen und spielt eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase. Während jede Zelle eine unabhängige Einheit ist, ist sie stark von Schäden an benachbarten Zellen betroffen. Diese verschiedenen Zelltypen bilden zusammen Gewebe, bei denen es sich um Sammlungen spezialisierter Zellen handelt, die eine relativ begrenzte Anzahl von Funktionen ausführen, die für diese Art von Gewebe spezifisch sind. Mehrere Billionen Zellen bilden den menschlichen Körper. Diese Zellen sind von verschiedenen Arten, die sich in Größe, Aussehen und Funktion stark unterscheiden können.

Primäre Zellkomponenten

Obwohl es ungefähr 200 Zelltypen gibt, haben sie alle ähnliche Merkmale: Zellmembran, Zytoplasma, Organellen und Zellkern. Die einzige Ausnahme ist, dass die reifen roten Blutkörperchen keinen Kern enthalten. Toxine können jede der Komponenten der Zelle verletzen, was zum Zelltod oder zu Schäden und Fehlfunktionen führt.

Abbildung 1 zeigt die verschiedenen Komponenten einer zusammengesetzten Zelle.

Abbildung 1. Grundlegende Zellstruktur
(Bildquelle: adaptiert von iStock Photos, ©)

Zu den Hauptbestandteilen einer typischen Zelle gehören:

• Zellmembran — eine Phospholipid-Doppelschicht, die auch Cholesterin und Proteine enthält; seine Funktionen sind die Unterstützung und die Kontrolle des Ein- und Ausstiegs aller Materialien. Wir werden die Struktur der Zellmembran und die Mechanismen, durch die Chemikalien in die Zelle eindringen oder aus ihr heraus absorbiert werden können, im Abschnitt Einführung in die Absorption später in ToxTutor diskutieren.
• Zytoplasma — eine wässrige Lösung von Mineralien, organischen Molekülen und Gasen zwischen Zellmembran und Zellkern.
• Nucleus – ein membrangebundener Teil einer Zelle, der Nukleotide, Enzyme und Nukleoproteine enthält; der Zellkern steuert den Stoffwechsel, die Proteinsynthese sowie die Speicherung und Verarbeitung genetischer Informationen.
• Cytosol — der flüssige Teil des Zytoplasmas, der Materialien durch Diffusion in der Zelle verteilt.
• Nucleolus — eine dichte Region des Kerns, die die RNA und DNA enthält; Es ist der Ort für die rRNA-Synthese und den Zusammenbau der Ribosomenkomponenten.
• Endoplasmatisches Retikulum — ein ausgedehntes Netzwerk membranartiger Kanäle, das sich über das gesamte Zytoplasma erstreckt; Es synthetisiert sekretorische Produkte und ist für die intrazelluläre Speicherung und den Transport verantwortlich.
• Ribosomen — sehr kleine Strukturen, die aus RNA und Proteinen bestehen und die Proteinsynthese durchführen; Einige Ribosomen sind fixiert (an das endoplasmatische Retikulum gebunden), während andere Ribosomen frei und im Zytoplasma verstreut sind.
• Mitochondrien – ovale Organellen, die durch eine Doppelmembran mit inneren Falten gebunden sind, die wichtige Stoffwechselenzyme einschließen; Sie produzieren fast das gesamte (95%) der von der Zelle benötigten ATP und Energie.
• Lysosomen – Vesikel, die starke Verdauungsenzyme enthalten; lysosomen sind für die intrazelluläre Entfernung beschädigter Organellen oder Krankheitserreger verantwortlich.
• Peroxisomen — sehr kleine, membrangebundene Organellen, die eine Vielzahl von Enzymen enthalten, die eine Vielzahl von Stoffwechselfunktionen erfüllen.
• Golgi-Apparat – Stapel abgeflachter Membranen, die Kammern enthalten; Sie synthetisieren, speichern, verändern und verpacken sekretorische Produkte.
• Zentriolen – Es gibt zwei rechtwinklig ausgerichtete Zentriolen, die jeweils aus 9 Mikrotubuli-Drillingen bestehen; sie organisieren während der Zellteilung spezifische Fasern von Chromosomen, die die Chromosomen bewegen.
• Zilien – fadenartige Vorsprünge der äußeren Schicht der Zellmembran, die dazu dienen, Substanzen über die Zelloberfläche zu bewegen.

Zellbestandteile, die am anfälligsten für Xenobiotika sind

Während alle Bestandteile der Zelle durch Xenobiotika oder Körperprodukte, die als Reaktion auf die Xenobiotika hergestellt werden, geschädigt werden können, sind die Komponenten, die am ehesten an Zellschäden beteiligt sind, die Zellmembran, der Zellkern, die Ribosomen, Peroxisomen, Lysosomen und Mitochondrien.

Wirkstoffe, die zu Veränderungen der Permeabilität der Membran und der strukturellen Integrität einer Zelle führen können, können Zellmembranen schädigen. Die Bewegung von Substanzen durch Zellmembranen wird präzise gesteuert, um die Homöostase der Zelle aufrechtzuerhalten. Veränderungen der toxininduzierten Zellmembranpermeabilität können direkt zum Zelltod führen oder sie anfälliger für den Eintritt des Toxins oder anderer nachfolgender Toxine machen. Die Auswirkungen können in diesem Fall Zelltod, veränderte Zellfunktion oder unkontrollierte Zellteilung (Neoplasie) sein.

Kerne enthalten das genetische Material der Zelle (Chromosomen oder DNA). Xenobiotika können den Zellkern schädigen, was in vielen Fällen zum Zelltod führt, indem sie seine Teilungsfähigkeit verhindern. In anderen Fällen kann das Erbgut der Zelle verändert werden, so dass die Zelle normale Kontrollen verliert, die die Teilung regulieren. Das heißt, es teilt sich weiter und wird zu einem Neoplasma. Wie dies geschieht, wird im Abschnitt Krebs von ToxTutor beschrieben.

Ribosomen verwenden Informationen, die von der Kern-DNA bereitgestellt werden, um Proteine herzustellen. Zellen unterscheiden sich in der Art des Proteins, das sie herstellen. Zum Beispiel stellen die Ribosomen von Leberzellen Blutproteine her, während die Ribosomen von Fettzellen Triglyceride herstellen. Ribosomen enthalten RNA, strukturell ähnlich wie DNA. Mittel, die DNA schädigen können, können auch RNA schädigen. Daher können toxische Schäden an Ribosomen die Proteinsynthese stören. Im Falle einer Schädigung der Leberzellribosomen kann eine Abnahme des Blutalbumins zu einer Beeinträchtigung des Immunsystems und des Bluttransports führen.

Lysosomen enthalten Verdauungsenzyme, die normalerweise zur Abwehr von Krankheiten beitragen. Sie können Bakterien und andere Materialien abbauen, um Zucker und Aminosäuren zu produzieren. Wenn Xenobiotika Lysosomen schädigen, können die Enzyme in das Zytoplasma freigesetzt werden, wo sie die Proteine in den anderen Organellen schnell zerstören können, ein Prozess, der als Autolyse bekannt ist. Bei einigen Erbkrankheiten kann den Lysosomen eines Individuums ein spezifisches lysosomales Enzym fehlen. Dies kann zu einer Ansammlung von Zelltrümmern und Abfallprodukten führen, die normalerweise von den Lysosomen entsorgt werden. Bei solchen Krankheiten, die als lysosomale Speicherkrankheiten bekannt sind, können lebenswichtige Zellen (wie Herz und Gehirn) nicht normal funktionieren, was zum Tod der erkrankten Person führt.

Peroxisomen, die kleiner als Lysosomen sind, enthalten auch Enzyme. Peroxisomen absorbieren und neutralisieren normalerweise bestimmte Toxine wie Wasserstoffperoxid (H2O2) und Alkohol. Leberzellen enthalten beträchtliche Peroxisomen, die aus dem Darmtrakt absorbierte Toxine entfernen und neutralisieren. Einige Xenobiotika können bestimmte Zellen (insbesondere die Leber) stimulieren, um die Anzahl und Aktivität von Peroxisomen zu erhöhen. Dies wiederum kann die Zelle zur Teilung anregen. Die Xenobiotika, die den Anstieg der Peroxisomen induzieren, sind als „Peroxisomen-Proliferatoren“ bekannt.“ Ihre Rolle bei der Entstehung von Krebs wird in der Krebsabteilung von ToxTutor diskutiert.

Mitochondrien liefern die Energie für eine Zelle (die zum Überleben benötigt wird) durch einen Prozess der ATP-Synthese. Wenn ein Xenobiotikum diesen Prozess stört, kommt es schnell zum Tod der Zelle. Viele Xenobiotika sind mitochondriale Gifte.Beispiele für Gifte, die den Zelltod verursachen, indem sie Mitochondrien stören, sind Cyanid, Schwefelwasserstoff, Kokain, DDT und Tetrachlorkohlenstoff.