Vorschau - Netzwerk Lernen

Einführung in die Immunbiologie
Reihe 1
Verlauf
Material
S1
LEK
Glossar
Mediothek
Materialübersicht
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M1
(Ab)
Krankheitserreger
M2
(Ta)
Das Immunsystem – eine Übersicht
M3
(Ab)
Die unspezifische Immunabwehr
M4
(Ab)
Die spezifische Immunabwehr
M5
(Ab)
Die humorale Immunantwort
M6
(Ab)
Cytokine – Botenstoffe des Immunsystems
M7
(Ab)
Antikörper
M8
(Ab)
Die zellvermittelte Immunantwort
M9
(Tb)
Überblick über das Immunsystem
M 10
(Ab)
Die Schutzimpfung
M 11
(Ab)
Monoklonale Antikörper
II/C
U
A
H
C
M 12 (Ab)
Selbst und Fremd
M 13 (Ex)
Blutgruppenbestimmung
M 14
(Ab)
Fehlfunktionen des Immunsystems
M 15
(Ab)
Aids
S
R
Die Erläuterungen und Lösungen finden Sie ab Seite 20.
M1
O
V
Krankheitserreger
Aufgabe
Recherchieren Sie in Partnerarbeit im Internet oder in Fachbüchern zu den folgenden
Gruppen von Mikroorganismen:
a) Viren
b) Bakterien
c) Pilze
d) Einzeller (Protozoen)
Beantworten Sie dabei für jede Gruppe die folgenden Fragen:
1. Geben Sie an, wie groß die unterschiedlichen Mikroorganismen ungefähr sind
(nennen Sie dabei im Hinblick auf die Größe eine Bandbreite).
2. Nennen Sie mindestens drei Artbeispiele pro Gruppe.
3. Erläutern Sie, welche Krankheiten von diesen Mikroorganismen übertragen
werden.
4. Gibt es auch nützliche Mikroorganismen? Führen Sie, wenn möglich, Beispiele
auf.
5. Beschreiben Sie in wenigen Stichworten, wie sich die einzelnen Gruppen
vermehren.
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51 RAAbits Biologie Januar 2007
Einführung in die Immunbiologie
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Das Immunsystem – eine Übersicht
Das menschliche Immunsystem hat die Aufgabe, uns vor
Krankheitserregern zu schützen. Es besteht aus einem Netzwerk aus Organen, Zellen, Abwehr- und Botenstoffen. Im
Laufe der Evolution haben sich zwei aufeinander abgestimmte Abwehrsysteme entwickelt: die angeborene,
unspezifische Abwehr und die spezifische Abwehr.
Letztere wird erst im Laufe des Lebens aufgebaut und immer
wieder neu angepasst.
II/C
Unspezifische Abwehr
• Haut
• Schleimhäuteund
derenSekrete(auch
Magensäure)
• Phagozytotischeweiße
Blutzellen
• BakterizideundvirostatischeProteine
• Entzündungsreaktion
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A
Spezifische Abwehr
• Lymphozyten
• Antikörper
H
C
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R
Abbildung 1: Diese Stäbchenbakterien (Vibrio Cholerae) sind die
Krankheitserreger der Cholera
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Abbildung 2: Übersicht über das Immunsystem (unspezifische und spezifische Immunantwort)
51 RAAbits Biologie Januar 2007
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Die humorale Immunantwort
Die Zellen der spezifischen humoralen Abwehr sind die B-Lymphozyten (B-Zellen).
Beim Menschen werden sie im Knochenmark gebildet. Das „B“ soll an das Knochenmark
erinnern (engl. bone marrow).
Es gibt folgende B-Lymphozytenarten:
• B-Zellen: Die Zellmembran der B-Zellen besitzt viele Rezeptoren für ein bestimmtes
Antigen. Eine bestimmte B-Zelle kann also nur ein Antigen spezifisch erkennen und
binden. B-Zellen erkennen frei umherschwimmende Antigene, die sich außerhalb der
Körperzellen befinden, wie z. B. die meisten Bakterien.
Beim Kontakt einer B-Zelle mit einem passenden Antigen teilt sich diese mehrfach, es
entstehen viele gleichartige B-Zellen (Zell-Klon). Die meisten dieser B-Zellen entwickeln
sich zu Plasmazellen, einige zu Gedächtniszellen. Die B-Zelle kann man sich auch
als eine kleine Fabrik mit wenig Produktionsfläche vorstellen.
II/C
U
A
• B-Plasmazellen: Sie sind deutlich größer als die ursprünglichen B-Zellen und produzieren riesige Mengen spezifischer Antikörper (10 Millionen Antikörper pro Stunde
und Zelle). Die Plasmazellen leben nur wenige Wochen. Aus der kleinen Fabrik ist nun
eine große geworden: Die Produktionsfläche wurde extrem erweitert und es werden
Antikörper am Fliessband hergestellt.
H
C
• B-Gedächtniszellen: Sie speichern Informationen über ein bestimmtes Antigen und
stimulieren bei erneutem Antigenkontakt die rasche Bildung von Plasmazellen, die
wiederum die passenden Antikörper erzeugen. Gedächtniszellen sind langlebig.
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R
Die Aktivierung von B-Zellen
Die Aktivierung von B-Zellen verläuft in zwei
Schritten. Der erste Schritt ist die Bindung
eines passenden Antigens an die spezifischen
Rezeptoren der B-Zellen. Im zweiten Schritt
sind Makrophagen und bestimmte T-Zellen,
die sogenannten T-Helferzellen (T H-Zellen),
beteiligt.
O
V
Dringt ein Fremdstoff in den Körper ein, so wird
er von Makrophagen gefressen oder spezifisch
von B-Zellen erkannt und gebunden (1). Im
Zellinneren werden die Eindringlinge abgebaut
und Teile der Antigene an sogenannte MHCProteine der Makrophagen bzw. der B-Zellen
gebunden (2). Dieser MHC-Antigen-Molekülkomplex wird in die Zellmembran integriert,
womit Makrophagen und B-Zellen zu sogenannten antigenpräsentierenden Zellen
(APC) geworden sind (3).
Die T-Helferzellen (T H-Zellen) besitzen ebenfalls spezifische Rezeptoren, die den Komplex
aus Antigenteilen und MHC-II-Proteinen erkennen. Durch eine Bindung an den MHC-AntigenKomplex werden die T H -Zellen aktiviert: Sie
teilen sich und auch die Nachkommenzellen
sind auf diesen bestimmten Molekülkomplex
MHC-Proteine (major histocompatibility complex = Gewebsverträglichkeits-Proteine) spielen eine sehr
wichtige Rolle im Immunsystem:
Sie ermöglichen die Selbst-FremdErkennung, indem sie die Zellen
eines Organismus als körpereigene
Zellen markieren und so wie ein Art
„Ausweis“ fungieren. MHC-Proteine
sind auf allen Zellen des Körpers zu
finden. Es gibt zwei Klassen dieser
Proteine (MHC-I, MHC-II), die sich in
ihrem Bau unterscheiden.
MHC-Klasse-I-Proteine befinden
sich auf allen kernhaltigen Zellen,
also auf fast allen Körperzellen.
MHC-Klasse-II-Proteine finden sich
auf Makrophagen und B-Zellen.
Da es mindestens 20 MHC-Gene gibt
und zahlreiche Allele jedes Gens, ist
es so gut wie unmöglich, dass zwei
Menschen die gleichen MHC-Marker
auf ihren Zellen tragen.
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spezialisiert. Wurde eine T H-Zelle durch Bindung eines Antigen-MHC-Komplexes aktiviert,
so produziert sie Cytokine. Dabei handelt es sich um Botenstoffe, mit denen die Zellen
des Immunsystems kommunizieren. Die Cytokine aktivieren nun ganz spezifisch solche
B-Zellen, die mit dem Antigen bereits Kontakt hatten (4).
Die Kombination aus diesen beiden Schritten ist das Signal für die B-Zelle, sich zu teilen
und sich zu Plasmazellen zu differenzieren, die Antikörper produzieren (5). In der
Regel bedarf es für eine humorale Immunantwort, also der Antikörperproduktion, sowohl
die Antigenbindung durch B-Zellen als auch die Aktivierung durch die Cytokine der
T-Helferzellen.
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a


U
A
H
C

S
R

O
V
Ablauf einer humoralen Immunantwort: Die Nummern beziehen sich auf einzelne Textpassagen
Aufgabe 1
Bei der Immunabwehr wird zwischen primärer und sekundärer Immunantwort unterschieden. Erläutern Sie, was damit gemeint ist.
Aufgabe 2
Erklären Sie den Begriff „immunologisches Gedächtnis“.
Aufgabe 3
Das Immunsystem jedes Menschen muss lernen, was fremd und was nicht fremd ist. Wie
und wann könnte das geschehen?
Aufgabe 4
Die MHC-Protein-Kombination eines Menschen ist einzigartig. Welche Ausnahme gibt es?
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Antikörper
Antikörper sind­Proteine,­die­Antigene­sehr­wirkungsvoll­erkennen­und­binden­können.­
Gegen­jedes­körperfremde­Antigen­wird­ein­eigener­Antikörper­gebildet!­Es­gibt­also­mehrere­
Millionen­Antikörpertypen.­Antikörper­zerstören­Fremdstoffe­in­der­Regel­nicht­direkt,­sie­
lösen­vielmehr­Reaktionen­aus,­die­zu­deren­Zerstörung­führen:­
•­ Neutralisation:­Antikörper­binden­an­ein­Antigen,­wodurch­dieses­blockiert­wird­(z.­B.­
kann­ein­Virus,­dessen­Rezeptoren­mit­Antikörpern­blockiert­sind,­nicht­mehr­in­eine­
Zelle­eindringen).­
II/C
•­ Das­„Bepflastern“­ von­Erregern­ oder­Fremdstoffen­ mit­Antikörpern­ markiert­diese­
Eindringlinge als „fremd“­und­sie­werden­von­Fresszellen­aufgenommen.
•­ Antikörper­weisen­zwei­Antigenbindungsstellen­auf.­Dadurch­kann­es­zu­großen­AntigenAntikörper-Komplexen­kommen,­die­von­Fresszellen­aufgenommen­werden.­
U
A
•­ Antikörper­aktivieren­das­Komplementsystem­(siehe­M­8).
Antikörper­heißen­auch­Immunglobuline­(Ig).­Es­gibt­fünf­Klassen­(IgG,­IgM,­IgE,­IgA,­IgD)­
von­Antikörpern,­die­auf­verschiedene­Arten­von­Antigenen­zu­jeweils­anderen­Zeitpunkten­
einer­Infektion­und­an­unterschiedlichen­Stellen­des­Körpers­wirken.
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Ein­Antikörper­besteht­aus­vier­
Polypeptidketten:­ zwei­ ident ischen­ schweren Ket ten­
und­zwei­identischen­leichten­
Ketten.­ Beide­ besitzen­ eine­
konstante Region­(die­Aminosäuresequenz­ variiert­ kaum)­
und­ eine­ variable­ Region­
(die­Aminosäuresequenz­variiert­stark).­Die­variablen­Enden­
des­ Y-förmigen­ Moleküls­ sind­
die­Antigenbindestellen.­
Abbildung­:­Auf bau­eines­Antikörpers
Aufgabe 1
Beschreiben­Sie,­mit­welcher­Struktur­
Antikörper­ein­Antigen­erkennen.
Aufgabe 2
Erläutern­ Sie,­ auf­ welche­ Weise­ Antikörper­Antigene­„zerstören“.­
Abbildung­2:­Ausbildung­eines­Antigen-AntikörperKomplexes­mithilfe­von­Antikörpern­
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Überblick über das Immunsystem
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Monoklonale Antikörper
Das Prinzip der Herstellung monoklonaler Antikörper geht auf Georges Köhler und Cesar
Milstein zurück, die dafür im Jahr 1984 den Nobelpreis für Medizin verliehen bekommen
haben. Mit ihrer Methode können Antikörper im Reagenzglas in beliebigen Mengen gegen
jedes denkbare Antigen hergestellt werden. Monoklonale Antikörper sind heute aus der
Medizin und der Forschung nicht mehr wegzudenken.
Eine natürliche Antikörperproduktion verläuft polyklonal, d. h. es werden Antikörper gegen
mehrere Antigene eines Fremdstoffes gebildet. Bei der Herstellung monoklonaler Antikörper werden antikörperproduzierende B-Zellen mit Zellen aus einem Myelom,
einer Tumorart, dessen Zellen unbegrenzt teilungsfähig sind, verschmolzen. Es entstehen
hybride Zellen, die unbegrenzt lebensfähig sind und Antikörper produzieren.
II/C
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Ablauf bei der technischen Herstellung monoklonaler Antikörper:
1. Einer Maus wird ein bestimmtes Antigen gespritzt.
2. Es kommt zur Bildung von B-Plasmazellen, die Antikörper herstellen.
3. Die B-Zellen werden isoliert und mit Myelomzellen fusioniert.
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4. Es entstehen hybride Zellen, die nur eine Sorte Antikörper produzieren.
5. Die verschiedenen Antikörper werden getestet. Dabei wird ermittelt, welcher Antikörper
das Antigen am besten bindet und die entsprechende Hybridzelle selektiert.
6. Durch Zellteilung erhält man aus der Hybridzelle identische Nachkommenzellen (Klone),
die alle den gewünschten monoklonalen Antikörper produzieren können.
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Monoklonale Antikörper spielen eine wichtige Rolle in der Diagnostik, weil sie sehr
genau bestimmte Antigene (z. B. Krankheitserreger oder andere Moleküle) aufspüren und
erkennen können. Ein bekanntes Beispiel ist der Schwangerschaftstest, bei dem Antikörper
das Schwangerschaftshormon HCG (Human Chorion Gonadotropin) nachweisen.
Einige Antikörper sind inzwischen auch als Medikamente zugelassen. Häufig werden sie
bei Autoimmunerkrankungen oder Krebs eingesetzt. Seit 1998 existiert beispielsweise für
das Non Hodgkin Lymphom, einem Lymphdrüsen-Krebs, ein Antikörper. Dieser erkennt die
Krebszellen, bindet daran und markiert die Zellen auf diese Weise für eine Zerstörung. In
Zukunft soll es auch monoklonale Antikörper gegen allergisches Asthma und Heuschnupfen
geben.
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Aufgabe 1
Erläutern Sie die Bedeutung des Wortes „monoklonal“.
Aufgabe 2
Beschreiben Sie die Eigenschaften von monoklonalen Antikörpern.
Aufgabe 3
Bestimmte monoklonale Antikörper kommen im menschlichen Körper zum Einsatz. Ihre
Herstellung erfolgt aber in Mäusen. Welches Problem ergibt sich daraus?
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