Biologia Komórki/Wpływ czynników egzogennych na homeostazę

HOMEOSTAZA

Reakcje metaboliczne przebiegające nieustannie w każdym żywym organizmie, muszą być bez ustanku precyzyjnie regulowane. Pozwala to utrzymać zrównoważenie stanu wewnętrznego. Tę zdolność organizmu nazywa się homeostazą, a mechanizmy, które umożliwiają utrzymanie takiego stanu — mechanizmami homeostatycznymi. Gdy powstanie dostateczna ilość jakiegoś produktu komórkowego, jego wytwarzanie musi być zmniejszone lub całkowicie zahamowane. Gdy spadnie dostawa energii muszą być uruchomione odpowiednie procesy zapewniające zwiększenie jej produkcji. Znaczna większość komórek wymaga np. stałego zaopatrzenia w glukozę, z której uzyskują energię. Gdy poziom glukozy we krwi zaczyna się obniżać, mechanizm homeostazy daje znać, że czas na posiłek oraz uruchamia przekształcenie substancji zapasowych do glukozy.

Również prawidłowa regulacja procesu apoptozy prowadzi do homeostazy komórkowej. Z kolei zaburzenia regulacji procesu apoptozy prowadzą do chorób, które wynikają:

• ze zbyt dużej liczby komórek — rzadka apoptoza; tutaj m. in.: nowotwory, choroby autoimmunizacyjne, zakażenia wirusowe,
• ze zbyt małej liczby komórek — częsta apoptoza; tutaj m. in.: zakażenia wirusowe prowadzące do niszczenia limfocytów T, zwyrodnienia układu nerwowego czy choroby z niedokrwienia.

CZYNNIKI RAKOTWÓRCZE, ZABURZAJĄCE HOMEOSTAZĘ KOMÓRKI

Kancerogeny to czynniki powodujące mutację materiału genetycznego, a tym samym przyczyniające się do rozwoju choroby nowotworowej. Można je podzielić na trzy kategorie.

Czynniki fizyczne

• Promieniowanie UV — długa ekspozycja na działanie UV-B (długość fali 280-315 nm) ma związek ze zwiększoną częstością występowania czerniaka (nowotworu złośliwego skóry), a także mniej agresywnych guzów (na przykład raka płaskonabłonkowego i podstawnokomórkowego). Zarówno promieniowanie UV-B jak i UV-C (długość fali 100-280 nm) mogą prowadzić do uszkodzenia łańcuchów DNA, co powoduje mutacje a w konsekwencji nowotwory skóry.
• Promieniowanie jonizujące — zwiększona zapadalność na nowotwory złośliwe (zwłaszcza nowotwory układu krwiotwórczego: białaczki i chłoniaki oraz nowotwory tarczycy, układu kostnego a także glejaki); gdy promieniowanie X wnika do organizmu powoduje radiolizę wody zawartej w tkankach. Uwolnione rodniki tlenowe i wodorotlenowe rozrywają wiązania wodorowe w łańcuchach kwasów nukleinowych (DNA i RNA), powodując uszkodzenie cząsteczki. Powoduje to mutacje genetyczne (lub martwicę komórek). Szczególnie wrażliwe na oddziaływanie rodników tlenowych i wodorotlenowych są te odcinki DNA które ulegają procesowi replikacji, a zatem w komórkach które ulegają podziałowi mitotycznemu (znajdują się w fazie S, G2 lub M cyklu komórkowego). Fakt ten tłumaczy słuszność prawa Bergonie i Tribondeau, określającego wrażliwość tkanek na promieniowanie — promieniowrażliwość tkanek jest wprost proporcjonalna do aktywności proliferacyjnej danej tkanki i odwrotnie proporcjonalna do stopnia jej zróżnicowania (czyli dojrzałości).

Generalnie wolne rodniki łatwo wchodzą w reakcje z cząsteczkami DNA, białek i tłuszczów. Wynikiem tych reakcji mogą być:

• karbonylacja białek (powstawanie grup C=O),
• utlenianie nienasyconych kwasów tłuszczowych błon,
• wspomniane wcześniej zmiany makrocząsteczek DNA.

Wolne rodniki usuwane są przez enzymy:

• dysmutazę nadtlenkową,
• katalazę,
• oraz przez kwas moczowy.

Aktywność enzymów zmniejsza się z wiekiem prowadząc do gromadzenia się uszkodzeń i upośledzenia funkcji.

Czynniki biologiczne

• HIV — zwiększa ryzyka wystąpienia różnych nowotworów z powodu obniżenia odporności organizmu, który słabiej zwalcza komórki nowotworowe; częstsze występowanie nowotworów może wynikać z innych przyczyn niż upośledzenie odporności jak np. raka płuca z powodu nałogowego palenia papierosów, a raka penisa z powodu częstego narażenia na wirusa HPV — rak kolczystokomórkowego odbytu, czerniak, szpiczak i gruczolakorak okrężnicy, rak oskrzela, nowotwór jądra.
• Schistosoma haematobium (pasożytnicza przywra krwi) — zwiększone ryzyko raka pęcherza moczowego (ze względu na zwiększoną proliferację nabłonka urotelialnego).
• Helicobacter pylori — akteria o helikalnym kształcie, zaliczana do pałeczek — niepotwierdzone zwiększone ryzyko chłoniaka żołądka z komórek B, a także raka żołądka.
• Wirusy onkogenne:
  • HHV-8 — herpeswirus 8 &mdash mięsak Kaposiego, pierwotny chłoniak wysiękowy,
  • HPV — ludzki wirus brodawczaka — rak szyjki macicy, rak sromu, rak prącia,
  • HBV, HCV — wirus zapalenia wątroby typu B i C — rak wątrobowokomórkowy,
  • EBV — prawdopodobnie ziarnica złośliwa, rak jamy nosowo-gardłowej, chłoniak Burkitta, niektóre postacie chłoniaków,
  • HTLV-I i HTLV-II — ostra białaczka z limfocytów T.

• 

  Wirus HIV

• 

  Schistosoma haematobium

• 

  Helicobacter pylori

• 

  Wirus brodawczaka ludzkiego (HPV)

• 

  Wirus zapalenia wątroby typu B (HBV)

• 

  Wirus zapalenia wątroby typu C (HCV)

• 

  Komórki białaczkowe zawierające wirusa Epsteina-Barr, na zielono

• 

  Wirus ludzkiej białaczki z komórek T (HTLV)

Czynniki chemiczne

• Aflatoksyna — mykotoksyna wytwarzana przez pleśń z rodzaju Aspergillus; grzyby te występują na fistaszkach (orzechach ziemnych), zbożu, migdałach w wilgotnych rejonach tropikalnych — rak wątroby.
• Alkohole — związki organiczne zawierające jedną lub więcej grup hydroksylowych połączonych z atomem węgla; wśród intensywnie pijących alkoholików zapadalność na raka przełyku jest większa niż w populacji ogólnej; ryzyko choroby nowotworowej wzrasta wraz ze wzrostem spożycia alkoholu; prawie 50% przypadków raka jamy ustnej, gardła i krtani wiąże się z nadmiernym piciem; alkohol może wywierać wpływ na rozwój raka już na poziomie genetycznym, poprzez oddziaływanie na onkogeny w fazie inicjacji i promocji nowotworu. Istnieje hipoteza, która głosi, że aldehyd octowy (metabolit etanolu) upośledza naturalną zdolność komórki do naprawiania jej DNA, co zwiększa prawdopodobieństwo zachodzenia mutacji rakotwórczych — rak jamy ustnej, przełyku i krtani.
• Alkilowane cytostatyki (leki alkilujące) — podstawienie atomu wodoru w DNA rodnikiem alkilowym, powoduje alkilację DNA hamującą podział komórek oraz przyłączeniu rodnika alkilowego do atomu azotu w cząsteczce guaniny; jednakże leki cytostatyczne uszkadzają także inne szybko dzielące się, zdrowe komórki; leki alkilujące najsilniej działają w fazie S cyklu komórkowego; do najgroźniejszych powikłań odległych w terapii tymi lekami należy możliwość wystąpienia wtórnych nowotworów — białaczki.
• Aminy aromatyczne — związki chemiczne, których grupa aminowa jest przyłączona bezpośrednio do pierścienia aromatycznego; używane są do syntezy barwników, leków i tworzyw sztucznych — rak pęcherza.
• Arsen — wszystkie związki arsenu, mniej lub bardziej, posiadają właściwości protoplazmatyczne (niszczą ściany komórkowe bakterii) i są rakotwórcze — rak wątroby i oskrzeli.
• Azbest — nie określa konkretnego minerału, lecz dotyczy ogółu minerałów krzemianowych tworzących włókna; szkodliwość włókien zależy od średnicy i długości włókien. Większe włókna nie są tak szkodliwe (zatrzymują się w górnych drogach oddechowych skąd są usuwane przez rzęski); włókna bardzo drobne są usuwane przez system odpornościowy. Najbardziej niebezpieczne są włókna cienkie (do 0,01 μm), które przenikają do dolnych dróg oddechowych, a następnie wbijają się w płuca — pozostają tam i w wyniku wieloletniego drażnienia komórek wywołują nowotwory — rak oskrzeli i śródbłoniak.
• Benzen — w temperaturze pokojowej jest bezbarwną cieczą o ostrym zapachu; jest dobrym rozpuszczalnikiem dla wosków, tłuszczów, naftalenu i innych niepolarnych związków chemicznych; służy do produkcji tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, barwników, leków, detergentów, pestycydów, a także do otrzymywania aniliny, fenolu i acetonu oraz bezwodnika maleinowego — białaczki.
• Chlorek winylu — organiczny związek chemiczny stosowany głównie jako monomer do otrzymywania polichlorku winylu (tworzywo sztuczne) — rak wątrobowokomórkowy.
• Dioksyny — w niezamierzony sposób powstają w śladowych ilościach podczas różnych reakcji chemicznych prowadzonych w przemyśle bądź samorzutnie np. w trakcie spalania drewna i wszelkich związków organicznych; głównym źródłem emisji dioksyn do atmosfery są pożary lasów.
• Nikiel — stosuje się go do tworzenia połyskujących powłok galwanicznych na powierzchni elementów stalowych; topy niklu są stosowane do wyrobu monet, sztućców itp; w dużym stężeniu uszkadza błony śluzowe, powoduje odczyny alergiczne, zmiany w chromosomach, przyczynia się do rozwoju komórek nowotworowych — rak oskrzeli i zatok przynosowych.
• Oxymetholon — syntetyczny androgen; najsilniejszy steryd stosowany w kulturystyce — rak wątroby.
• Stilbestrol — syntetyczny związek organiczny o działaniu żeńskich hormonów płciowych, mający postać bezbarwnych kryształów; stosowany w leczeniu chorób kobiecych, także u mężczyzn w przeroście gruczołu krokowego — gruczolak wątroby, rak pochwy.
• Thorotrast — środek kontrastujący do analizy rentgenowskiej — naczyniomięsak.

• 

  Struktura chemiczna (-)-aflatoksyny B1

• 

  Amina aromatyczna (anilina)

• 

  Arsen

• 

  Azbest

• 

  Benzen

• 

  Chlorek winylu

• 

  Nikiel

• 

  Oxymetholon