komórki są najmniejszym składnikiem organizmu, który może pełnić wszystkie podstawowe funkcje życiowe. Każda komórka pełni wyspecjalizowane funkcje i odgrywa rolę w utrzymaniu homeostazy. Podczas gdy każda komórka jest niezależną jednostką, jest silnie dotknięta uszkodzeniem sąsiednich komórek. Te różne typy komórek łączą się, tworząc tkanki, które są kolekcjami wyspecjalizowanych komórek, które pełnią stosunkowo ograniczoną liczbę funkcji specyficznych dla tego typu tkanki. Kilka bilionów komórek tworzy Ludzkie ciało. Komórki te są różnych typów, które mogą się znacznie różnić pod względem wielkości, wyglądu i funkcji.

podstawowe składniki komórek

chociaż istnieje około 200 typów komórek, wszystkie mają podobne cechy: błona komórkowa, cytoplazma, organelle i jądro. Jedynym wyjątkiem jest to, że dojrzała krwinka czerwona nie zawiera jądra. Toksyny mogą uszkodzić którykolwiek ze składników komórki, powodując śmierć komórki lub uszkodzenie i nieprawidłowe działanie.

Rysunek 1 przedstawia różne składniki komórki złożonej.

Rysunek 1. Podstawowa struktura komórkowa
(źródło obrazu: adaptowane ze zdjęć iStock,©)

do podstawowych składników typowej komórki należą:

• błona komórkowa-dwuwarstwowa fosfolipidowa, która zawiera również cholesterol i białka; jego funkcje obejmują wsparcie i kontrolę wejścia i wyjścia wszystkich materiałów. Omówimy strukturę błony komórkowej i mechanizmy, za pomocą których chemikalia mogą przenikać lub być wchłaniane do komórki lub z niej wychodzić, w części Wprowadzenie do absorpcji w dalszej części ToxTutor.
• cytoplazma-wodnisty roztwór minerałów, cząsteczek organicznych i gazów znajdujących się między błoną komórkową a jądrem.
• jądro-związana z błoną część komórki, która zawiera nukleotydy, enzymy i nukleoproteiny; jądro kontroluje metabolizm, syntezę białek oraz przechowywanie i przetwarzanie informacji genetycznej.
• Cytosol-płynna część cytoplazmy, która rozprowadza materiały poprzez dyfuzję w całej komórce.
• Nucleolus-gęsty region jądra, który zawiera RNA i DNA; jest miejscem syntezy rRNA i montażu składników rybosomu.
• retikulum endoplazmatyczne-rozległa sieć kanałów przypominających błonę, która rozciąga się w całej cytoplazmie; syntetyzuje produkty wydzielnicze i odpowiada za wewnątrzkomórkowe przechowywanie i transport.
• rybosomy-bardzo małe struktury, które składają się z RNA i białek i wykonują syntezę białek; niektóre rybosomy są stałe (związane z retikulum endoplazmatycznym), podczas gdy inne rybosomy są wolne i rozproszone w cytoplazmie.
• Mitochondria-owalne organelle związane podwójną błoną z wewnętrznymi fałdami obejmującymi ważne enzymy metaboliczne; wytwarzają prawie wszystkie (95%) ATP i energię wymaganą przez komórkę.
• lizosomy-pęcherzyki zawierające silne enzymy trawienne; lizosomy są odpowiedzialne za wewnątrzkomórkowe usuwanie uszkodzonych organelli lub patogenów.
• Peroksysomy-bardzo małe, związane z błoną organelle, które zawierają wiele różnych enzymów, które pełnią zróżnicowany zestaw funkcji metabolicznych.
• aparaty Golgiego-stosy spłaszczonych błon zawierających Komory; syntetyzują, przechowują, zmieniają i pakują produkty wydzielnicze.
• centriole-istnieją dwa centriole, wyrównane pod kątem prostym, każdy składa się z 9 trojaczków mikrotubulowych; organizują specyficzne włókna chromosomów podczas podziału komórki, które poruszają chromosomy.
• rzęski-nitkowate rzęsy zewnętrznej warstwy błony komórkowej, które służą do przemieszczania substancji po powierzchni komórki.

składniki komórek najbardziej podatne na ksenobiotyki

podczas gdy wszystkie składniki komórki mogą zostać uszkodzone przez ksenobiotyki lub produkty ciała wytwarzane w reakcji z ksenobiotykami, składniki najbardziej narażone na uszkodzenie komórek to błona komórkowa, jądro, rybosomy, peroksysomy, lizosomy i mitochondria.

czynniki, które mogą prowadzić do zmian w przepuszczalności błony i integralności strukturalnej komórki, mogą uszkodzić błony komórkowe. Ruch substancji przez błony komórkowe jest precyzyjnie kontrolowany w celu utrzymania homeostazy komórki. Zmiany w przepuszczalności błony komórkowej wywołanej toksyną mogą bezpośrednio spowodować śmierć komórki lub uczynić ją bardziej podatną na wejście toksyny lub na inne toksyny, które po niej następują. Skutki w tym przypadku mogą być śmierć komórek, zmiany funkcji komórek lub niekontrolowany podział komórek (neoplazja).

jądra zawierają materiał genetyczny komórki (chromosomy lub DNA). Ksenobiotyki mogą uszkodzić jądro, co w wielu przypadkach prowadzi do śmierci komórki, uniemożliwiając jej zdolność do podziału. W innych przypadkach genetyczny skład komórki może zostać zmieniony tak, że komórka traci normalne kontrole, które regulują podział. Oznacza to, że nadal dzieli się i staje się nowotworem. Sposób, w jaki to się dzieje, opisano w sekcji dotyczącej raka leku ToxTutor.

rybosomy wykorzystują informacje dostarczane przez jądrowe DNA do produkcji białek. Komórki różnią się rodzajem wytwarzanego białka. Na przykład rybosomy komórek wątroby wytwarzają białka krwi, podczas gdy rybosomy komórek tłuszczowych wytwarzają trójglicerydy. Rybosomy zawierają RNA, strukturalnie podobne do DNA. Środki zdolne do uszkodzenia DNA mogą również uszkodzić RNA. Tak więc toksyczne uszkodzenie rybosomów może zakłócać syntezę białek. W przypadku uszkodzenia rybosomów wątrobowych zmniejszenie stężenia albumin we krwi może spowodować upośledzenie układu odpornościowego i transportu krwi.

lizosomy zawierają enzymy trawienne, które normalnie działają w obronie przed chorobą. Mogą rozkładać bakterie i inne materiały do produkcji cukrów i aminokwasów. Gdy ksenobiotyki uszkadzają lizosomy, enzymy mogą zostać uwolnione do cytoplazmy, gdzie mogą szybko zniszczyć białka w innych organelach, proces znany jako autoliza. W niektórych chorobach dziedzicznych lizosomom osobnika może brakować specyficznego enzymu lizosomalnego. Może to spowodować gromadzenie się resztek komórkowych i produktów odpadowych, które są zwykle usuwane przez lizosomy. W takich chorobach, znanych jako choroby przechowywania lizosomalnego, ważne komórki (takie jak serce i mózg) mogą nie funkcjonować normalnie, powodując śmierć chorej osoby.

Peroksysomy, które są mniejsze od lizosomów, również zawierają enzymy. Peroksysomy normalnie absorbują i neutralizują pewne toksyny, takie jak nadtlenek wodoru (H2O2) i alkohol. Komórki wątroby zawierają znaczne peroksysomy, które usuwają i neutralizują toksyny wchłaniane z przewodu pokarmowego. Niektóre ksenobiotyki mogą stymulować niektóre komórki (zwłaszcza wątrobę) w celu zwiększenia liczby i aktywności peroksysomów. To z kolei może stymulować komórki do podziału. Ksenobiotyki, które indukują wzrost liczby peroksysomów, są znane jako ” proliferatory peroksysomów.”Ich rola w związku z rakiem jest omawiana w sekcji rak ToxTutor.

Mitochondria dostarczają komórce energii (niezbędnej do przeżycia) w procesie obejmującym syntezę ATP. Jeśli ksenobiotyk zakłóci ten proces, szybko nastąpi śmierć komórki. Wiele ksenobiotyków to mitochondrialne trucizny.

• przykłady trucizn, które powodują śmierć komórki przez zakłócanie mitochondriów obejmują cyjanek, siarkowodór, kokainę, DDT i czterochlorek węgla.