Le cellule sono il componente più piccolo del corpo in grado di eseguire tutte le funzioni vitali di base. Ogni cellula svolge funzioni specializzate e svolge un ruolo nel mantenimento dell’omeostasi. Mentre ogni cella è un’entità indipendente, è fortemente influenzata dal danno alle cellule vicine. Questi vari tipi di cellule si combinano per formare tessuti, che sono collezioni di cellule specializzate che svolgono un numero relativamente limitato di funzioni specifiche per quel tipo di tessuto. Diversi trilioni di cellule costituiscono il corpo umano. Queste cellule sono di vario tipo, che possono differire notevolmente per dimensioni, aspetto e funzione.

Componenti delle cellule primarie

Mentre ci sono circa 200 tipi di cellule, tutte hanno caratteristiche simili: membrana cellulare, citoplasma, organelli e nucleo. L’unica eccezione è che il globulo rosso maturo non contiene un nucleo. Le tossine possono ferire uno qualsiasi dei componenti della cellula causando la morte cellulare o danni e malfunzionamenti.

La figura 1 mostra i vari componenti di una cella composita.

Figura 1. Struttura cellulare di base
(Fonte immagine: adattato da iStock Photos,©)

I componenti primari di una cellula tipica includono quanto segue:

• Membrana cellulare-un doppio strato fosfolipidico che contiene anche colesterolo e proteine; le sue funzioni sono di fornire supporto e di controllare l’ingresso e l’uscita di tutti i materiali. Discuteremo la struttura della membrana cellulare e i meccanismi con cui le sostanze chimiche possono penetrare o essere assorbite dentro o fuori dalla cellula nella sezione Introduzione all’assorbimento più avanti in ToxTutor.
• Citoplasma-una soluzione acquosa di minerali, molecole organiche e gas trovati tra la membrana cellulare e il nucleo.
• Nucleo-una parte legata alla membrana di una cellula che contiene nucleotidi, enzimi e nucleoproteine; il nucleo controlla il metabolismo, la sintesi proteica e la conservazione e l’elaborazione delle informazioni genetiche.
• Cytosol-la parte liquida del citoplasma che distribuisce i materiali per diffusione in tutta la cellula.
• Nucleolo-una regione densa del nucleo che contiene l’RNA e il DNA; È il sito per la sintesi di rRNA e l’assemblaggio dei componenti del ribosoma.
• Reticolo endoplasmatico-una vasta rete di canali simili a membrane che si estende in tutto il citoplasma; sintetizza i prodotti secretori ed è responsabile dello stoccaggio e del trasporto intracellulare.
• Ribosomi-strutture molto piccole che consistono di RNA e proteine ed eseguono la sintesi proteica; alcuni ribosomi sono fissi (legati al reticolo endoplasmatico) mentre altri ribosomi sono liberi e sparsi all’interno del citoplasma.
• Mitocondri-organelli ovali legati da una doppia membrana con pieghe interne che racchiudono importanti enzimi metabolici; producono quasi tutto (95%) dell’ATP e dell’energia richiesta dalla cellula.
• Lisosomi-vescicole che contengono forti enzimi digestivi; i lisosomi sono responsabili della rimozione intracellulare di organelli o agenti patogeni danneggiati.
• Perossisomi — organelli molto piccoli, legati alla membrana che contengono una grande varietà di enzimi che svolgono una serie diversificata di funzioni metaboliche.
• Apparato Golgi-pile di membrane appiattite contenenti camere; sintetizzano, immagazzinano, alterano e confezionano prodotti secretori.
• Centrioli-ci sono due centrioli, allineati ad angolo retto, ciascuno composto da 9 triplette di microtubuli; organizzano fibre specifiche di cromosomi durante la divisione cellulare, che muovono i cromosomi.
• Cilia — proiezioni filiformi dello strato esterno della membrana cellulare, che servono a spostare le sostanze sulla superficie cellulare.

Componenti cellulari più sensibili agli xenobiotici

Mentre tutti i componenti della cellula possono essere danneggiati da xenobiotici o prodotti del corpo prodotti in reazione agli xenobiotici, i componenti più suscettibili di essere coinvolti nel danno cellulare sono la membrana cellulare, il nucleo, i ribosomi, i perossisomi, i lisosomi e i mitocondri.

Agenti che possono portare a cambiamenti nella permeabilità della membrana e l’integrità strutturale di una cellula possono danneggiare le membrane cellulari. Il movimento delle sostanze attraverso le membrane cellulari è controllato con precisione per mantenere l’omeostasi della cellula. I cambiamenti nella permeabilità della membrana cellulare indotta dalla tossina possono causare direttamente la morte cellulare o renderla più suscettibile all’ingresso della tossina o ad altre tossine che seguono. Gli effetti in questo caso possono essere la morte cellulare, la funzione cellulare alterata o la divisione cellulare incontrollata (neoplasia).

I nuclei contengono il materiale genetico della cellula (cromosomi o DNA). Gli xenobiotici possono danneggiare il nucleo, che in molti casi portano alla morte cellulare, impedendo la sua capacità di dividersi. In altri casi, il corredo genetico della cellula può essere alterato in modo che la cellula perda i controlli normali che regolano la divisione. Cioè, continua a dividersi e diventare una neoplasia. Come questo accade è descritto nella sezione Cancro di ToxTutor.

I ribosomi utilizzano le informazioni fornite dal DNA nucleare per produrre proteine. Le cellule differiscono nel tipo di proteina che producono. Ad esempio, i ribosomi delle cellule epatiche producono proteine del sangue mentre i ribosomi delle cellule adipose producono trigliceridi. I ribosomi contengono RNA, strutturalmente simile al DNA. Agenti in grado di danneggiare il DNA possono anche danneggiare l’RNA. Pertanto, il danno tossico ai ribosomi può interferire con la sintesi proteica. In caso di danno ai ribosomi delle cellule epatiche, una diminuzione dell’albumina nel sangue può comportare una compromissione del sistema immunitario e del trasporto del sangue.

I lisosomi contengono enzimi digestivi che normalmente funzionano nella difesa contro le malattie. Possono abbattere batteri e altri materiali per produrre zuccheri e aminoacidi. Quando gli xenobiotici danneggiano i lisosomi, gli enzimi possono essere rilasciati nel citoplasma dove possono distruggere rapidamente le proteine negli altri organelli, un processo noto come autolisi. In alcune malattie ereditarie, i lisosomi di un individuo possono mancare di un enzima lisosomiale specifico. Ciò può causare un accumulo di detriti cellulari e prodotti di scarto che viene normalmente smaltito dai lisosomi. In tali malattie, note come malattie da accumulo lisosomiale, le cellule vitali (come nel cuore e nel cervello) potrebbero non funzionare normalmente causando la morte della persona malata.

I perossisomi, che sono più piccoli dei lisosomi, contengono anche enzimi. I perossisomi normalmente assorbono e neutralizzano alcune tossine come il perossido di idrogeno (H2O2) e l’alcol. Le cellule epatiche contengono notevoli perossisomi che rimuovono e neutralizzano le tossine assorbite dal tratto intestinale. Alcuni xenobiotici possono stimolare alcune cellule (specialmente il fegato) ad aumentare il numero e l’attività dei perossisomi. Questo, a sua volta, può stimolare la cellula a dividersi. Gli xenobiotici che inducono l’aumento dei perossisomi sono noti come “proliferatori perossisomi.”Il loro ruolo nella causa del cancro è discusso nella sezione Cancro di ToxTutor.

I mitocondri forniscono l’energia per una cellula (necessaria per la sopravvivenza), mediante un processo che coinvolge la sintesi di ATP. Se uno xenobiotico interferisce con questo processo, la morte della cellula si verificherà rapidamente. Molti xenobiotici sono veleni mitocondriali.

• Esempi di veleni che causano la morte cellulare interferendo con i mitocondri includono cianuro, idrogeno solforato, cocaina, DDT e tetracloruro di carbonio.