Arbeitsblätter zum Thema Immunsystem

Einstieg Immunsystem
Bioklasse Mennel 2015/16
17.7.2015
A Allgemein
Kampf gegen:
Viren (1/1000 mm), Bakterien (1/100 mm), Pilze, Parasiten
Unterstützung bei: Abbau von nicht mehr funktionierenden Zellen („gealtert“) und
gegen manche Krebszellen
Bietet keinen Schutz gegen chemische Gifte
irrtümliche Immunantwort: Allergie
B unspezifische Abwehr: bei allen vielzelligen Tieren
Haut, Säuremantel, Lymphe, Fresszellen „Makrophagen“.
Kommt nicht an gegen Viren
C spezifische Immunabwehr: bei Wirbeltieren (Fische > Amphibien > Reptilien
> Vögel > Säugetiere)
„eine komplexe, anpassungsfähige Immunabwehr, die effektiver schützt“
Auch bei moderner Medizin das meist einzige, was gegen Viren hilft!
Die Zellen der spezifischen Immunabwehr sind in der Lage, OberflächenStrukturen an körperfremden Stoffen (Antigene) zu erkennen und gezielt zelluläre
Abwehrmechanismen und molekulare Antikörper zu bilden.
Neben Antigenpräsentierenden Zellen (APC) stellen zwei Gruppen von Zellen die
wesentlichen Elemente der spezfischen Immunität dar:
Die T-Lymphozyten, welche zum einen die zellvermittelte Immunantwort
gewährleisten und zum anderen die B-Lymphozyten unterstützen,
sowie die B-Lymphozyten selbst, die für die humorale Immunität
verantwortlich sind, also für jene Abwehrmaßnahmen, die sich über sezernierte
Antikörper gegen Eindringlinge in den Körperflüssigkeiten (Humores) richten.
Nach der Infektion bleiben spezifische Antikörper und Gedächtniszellen erhalten,
um bei erneutem Kontakt mit dem Krankheitserreger binnen kurzer Zeit eine
angemessene Abwehrreaktion zu ermöglichen.
Das spezifische Immunsystem, das sich erst nach der Geburt herausbildet, ersetzt aber nicht
das angeborene, sondern arbeitet mit diesem zusammen. Die verschiedenen Bestandteile des
Immunsystems bedingen sich gegenseitig. Erst durch ein gut koordiniertes Zusammenspiel
der angeborenen und adaptiven Immunabwehr wird die komplexe Immunreaktion des
Körpers ermöglicht.
Fragebogen für die Sommerferien zum Alltagswissen über unser Immunsystem
Bio Mennel, AG Stuttgart
1. Nennen Sie zwei Beispiele für eine Entzündung:
- außen am Körper
- innen im Körper
2. Welche Symptome kennzeichnen eine Entzündung?
3. Was aus der Umwelt bewirkt eine Entzündung?
4. Was im Körper führt die Entzündung herbei?
5. Was ist Eiter?
6. Was bewirkt Fieber (Nutzen und Schaden)?
7. Es gibt drei Gruppen von Mikroorganismen, die den Menschen infizieren. Welche?
1.
2.
8. Was sind Antigene?
9. Was sind Antikörper?
10. Was ist „Immunität“?
11. Was wissen Sie über „weiße Blutkörperchen“?
- Fachbegriff dafür:
- Aufgabe im Körper:
- Menge im Blut:
3.
Immunsystem: Stichworte zu Lerninhalten in Zusammenhang mit dem Buch
S. 1 von 2
1. Unspezifische Abwehr (S. 222 und teilweise 223) :
Kennzeichen: Bei vielzelligen Tieren meistens zu finden („schon beim Wurm“)
Kurz nach der Infektion wirksam („wirkt schnell“)
Hält einen Großteil alltäglicher Infektionserreger ab („wirkt pauschal“)
Problem: Bei einem spezialisierten Teil der Erreger oder bei zu vielen Erregern auf einmal
ist die unspezifische Abwehr zu schwach - und genau dadurch kann eine ganze Population
aussterben
1.1. Unspezifische Abwehr VOR dem Eindringen von Fremdkörpern ins Blut:
Die Haut als solche - Säurefilm der Haut
- Schweiß- und Tränendrüsen -. Schleim der Schleimhäute
1.2. Unspezifische Abwehr NACH dem Eindringen von Fremdkörpern ins Blut:
1.2.1. Makrophagen (phagein = fressen), Amöbenartige Zellen, betreiben Phagoctose,
Schon bei den Makrophagen gibt es die Notwendigkeit einer
Fremderkennung - also die Identifikation von körperfremden Stoffen, die möglicherweise
schädlich sind. Die Fremderkennung läuft über Proteine an der Außenseite der Stoffe.
Solche Proteine sind bei jedem Lebewesen etwas anders. („Glucoproteine“ haben seitlich
vom Aminosäurestrang noch Zuckermoleküle = Glucose etc gebunden und sind auch
dadurch identifizierbar)
Eigenerkennung: Wenn die zellypischen Proteine eines Stoffes die gleichen sind wie beim
Makrophagen selbst, greift er nicht an.
1.2.2. Granulocyten = weiße Blutzellen mit (nach Anfärben) körnig strukturiertem
Zellplasma
Folgen der „Aktivierung“ von Makrophagen und Granulocyten durch Fremdkörper:
Ein Makrophage, der Fremstoffe phagocytiert hat, bewirkt Gefäßerweiterung:
Eine Entzündung tritt ein mit Schwellung, Rötung, schließlich Schmerz.
Eiter wird durch abgestorbene Granulocyten und abgetötete Bakterien verursacht: Ein
Granulocyt frisst Eindringlinge, z.B. Bakterien, bis er, vollgefressen, stirbt.
1.2.3. Lymphsystem (Buch S. 223)
Dies ist die humorale unspezifische Abwehr von Fremdkörpern. „Humoral“ heißt „in
Flüssigkeit gelöst“ und ist beim Immunsystem das Gegenteil von „zellulär“. Es gibt also
eine humorale und eine zelluläre Immunantwort auf das Eindringen eines Fremdkörpers.
Lymphe wird die Blutflüssigkeit genannt, die in den Kapillaren austritt. (beim Menschen
2-3 Liter pro Tag) Sie wird in einem eigenen Lymphgefäßsystem wieder eingesammelt
Das Lymphsystem beginnt blind im Körpergewebe mit Lymphkapillaren, die sich dann zu
größeren Lymphgefäßen sammeln. Diese „Lymphbahnen“ führen die Blutflüssigkeit in die
Venen des Blutes zurück (Venen sind Adern, in denen das Blut zum Herzen
ZURÜCKfließt).
Immunsystem: Stichworte zu Lerninhalten in Zusammenhang mit dem Buch
S. 2 von 2
Für die unspezifische Immunabwehr ist das Lymphsystem von Bedeutung:
- es schwemmt abgetötete Erreger und Fremdstoffe ins Blut > zum Abbau in die Leber >
letztendlich zur Ausscheidung
- in den Lymphknoten werden Fremdstoffe herausgefiltert und unschädlich gemacht
2. Spezifische Abwehr (Buch S. 224 ff)
Kennzeichen: Nur bei Wirbeltieren zu finden („spät in der Evolution“)
Braucht bei Erstinfektion Tage bis Wochen, um zu wirken > Inkubationszeit („langsam“)
Kommt bei einer Zweitinfektion mit dem gleichen Erreger so schnell in Gang, dass dieser
sich kaum auswirkt > immunologischen Gedächtnis > Immunität („nachhaltig“)
„Gewinnt“ auch bei Mikroorganismen, die sich versteckt im Körper vermehren - das
schafft die unspezifische Abwehr oft nicht („wirksam gegen Viren“)
Kennzeichnen für den Einsatz der spezifischen Immunabwehr
Bei einer Infektion erhöht sich zweierlei im Blut:
- die Menge der weißen Blutkörperchen = Leukocyten steigt ums Doppelte bis Fünffache.
Es gibt drei Gruppen von Leukocyten
- Makrophagen und Granulocyten sind Teil der unspezifischen Immunabwehrundy
- Lymphocyten sind Teil der spezifischen Immunabwehr. Es gibt T-Lymphocyten
zum präzisen Erkennen von Antigenen und B-Lymphocyten zum Herstellen von
Antikörpern.
In einem Mikroliter Blut (= 1x1x1 mm winzig) befinden sich übrigens im
Durchschnitt 10.000 Leukocyten.
- eine bestimmte Sorte von im Blut gelösten Proteinen, die Globuline, ist vermehrt
vorhanden. Diese Proteine sind die Antikörper.
Mikroogranismen und Fremdstoffe, die von der spezifischen Immunabwehr
angegriffen werden, nennt man Antigene.
S. 224: Zeichnung vom Bau eines Antikörpers muss mit Erläuterung beherrscht werden.
25.9.2015 Biologie Stufe 4, Klasse Mennel, Thema spezifische Immunabwehr
Verlauf einer Virusinfektion (z.B. Grippe)
An der Tafel sehen Sie eine „Fieberkurve“. Bei „0“ taucht das Antigen im Wirbeltier auf.
o
C
39
38
37
________1________2________3________4________5________6________7 Tage
Übertragen Sie die Zeichnung als gepunktete Linie auf das Blatt. Zeichnen Sie die
Verlaufskurve der Zahl der Antikörper im Blut als gestrichelte Linie und die
Verlaufskurve der Zahl der Antigene im Blut als durchgezogene Linie ein.
Wenn Sie Zeit haben, erläutern Sie schriftlich:
1. Was ist die Inkubationszeit?
2. Warum geht nach der Infektion die Zahl der Antikörper zurück?
3. Warum greifen nach der Infektion die T-Killerzellen nicht mehr an?
4. Was passiert bei einer Zweitinfektion? Wie begründet sich das?
5. Warum ist die spezifische Immunabwehr so kompliziert (drei Gründe)?
2.10.2015 Biologie Stufe 4, Klasse Mennel
Seitenthemen der spezifischen Immunabwehr S. 1 von 2
1. Aktive und passive Immunisierung:
Aktiv = Impfung Passiv = Serumgabe
Impfung: Es werden Antigene ins Blut gegeben, die die Krankheit nicht auslösen, aber
die gleichen Epitope haben wie die Antigene, die die Krankheit auslösen.
Möglichkeit 1: Lebende, aber durch Züchtung unschädliche Erreger. Da bleibt ein
Restrisiko.
Möglichkeit 2: Abgetötete Erreger. Die vermehren sich nicht mehr und es muss einige
Menge zugegeben werden, damit das Immunsystem anspringt.
Eine Impfung muss VOR der Infektion erfolgen. Sie wirkt langsam, aber lang anhaltend.
Serumgabe: Es werden Antikörper gegen das Antigen ins Blut gegeben.
Eine Serumgabe erfolgt, wenn die Infektion schon stattgefunden hat. Sie wirkt sofort,
hält aber nicht lange an („eine Woche“).
Wenn zu einem Antigen schon die passenden Antikörper im Blut sind, springt die
spezifische Immunabwehr nicht an. Es werden also keine Gedächtniszellen gebildet.
Problem: Die Antikörper müssen von Tieren, die gezielt mit dem Erreger infiziert worden
waren, zunächst produziert worden sein.
„Serum“ ist der wässrige Auszug des Blutes. Man gewinnt es, indem man Blut
zentrifugiert. Die roten und weißen Blutzellen fehlen im Serum. Die Blutgerinnung kann
man auch unterbinden. Man kann aber nicht verhindern, dass im Serum weitere Proteine
des Spendertieres verbleiben. Gibt man einem Menschen ein solches Serum, reagiert die
spezifische Immunabwehr gegen diese weiteren Proteine. Bei erneuter Gabe eines
Serums von der gleichen Herkunfts-Tierart kann ein anaphylaktischer Schock eintreten:
Das Immunsystem erinnert sich an die Fremdproteine und zeigt angesichts ihrer Masse
und Vielfalt eine Über-Reaktion.
Entsprechend muss mit jeder Serumgabe an den gleichen Menschen die „Serum-Tierart“
gewechselt werden: Pferd > Rind > Hammel...
Durch Gentechnik konnte das Problem schrittweise abgeschafft werden. Im Internet gibt
es fast nur noch Werbung und Berichte zu „monoklonalen Antikörpern“. In der
Mündlich-Prüfung lohnt es sich aber, das Problem noch klären zu können... wegen:
2. Serum-Präzipitintest
Das ist ein klassisches Verfahren, um Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Tierarten zu
klären. Zunächst wird einem dritten Tier - sozusagen dem Serum-Tier - das Serum einer
Tierart gespritzt, deren Verwandtschaft man untersuchen will. Nach einigen Wochen hat
das Serumtier Antikörper gegen alle Fremd-Proteine entwickelt, die im Serum der
untersuchten Tierart enthalten waren.
Das Serum dieses Serumtieres mischt man nun mit den Seren von verwandten Arten des
untersuchten Tieres. Je näher eine Art mit dem untersuchten Tier verwandt ist, desto
größer ist die Reaktion der Antikörper gegen das Serum der verwandten Art. Man sieht
das als Niederschlag aus Proteinen, die die Antikörper verklumpen konnten.
„Niederschlag“ heißt klassisch „Präzipitat“.
Beispiel: Die Art „Mensch“ wird auf ihre Verwandtschaft zu Schimpanse und Gorilla
untersucht. Also das Serumtier erhält Menschenserum. Nach einigen Wochen mischt man
Serum des Serumtieres mit Serum vom Schimpansen: 80 % Präzipitat. Große
Verwandtschaft. Beim Gorilla: 70 % Präzipitat. Etwas weniger Verwandtschaft.
2.10.2015 Biologie Stufe 4, Klasse Mennel
Seitenthemen der spezifischen Immunabwehr S. 2 von 2
3. Blutgruppen
Rote Blutkörperchen sind zellkernlose kleine Zellen im Blut mit der Aufgabe, in der
Lunge Sauerstoff aufzunehmen und ihn im Gewebe, wo er gebraucht wird, wieder
abzugeben. Chemisch schafft das Protein „Hämoglobin“ diese Aufgabe.
Sauerstoffhaltiges Blut („arterielles Blut“) ist hellrot, sauerstoffarmes Blut („venöses
Blut“) ist dunkelrot.
Auf der Oberfläche von Blutkörperchen kann der Mensch erben: kein Epitop, das von
der spezifischen Immunabwehr eines anderen Menschen erkannt wird, oder das Eptiop A
oder das Epitop B oder beide, also AB. Das sind unsere Blutgruppen.
Hat ein Mensch kein Epitop auf seinen roten Blutkörperchen („Erythrozyten“) geerbt, hat
er die Blutgruppe 0. Sein Blut kann man im Prinzip allen anderen Menschen spenden.
Umgekehrt reagiert sein Immunsystem sowohl gegen Blutgruppe A als auch gegen B,
nachdem einmal ein solcher Blutkontakt stattfand (beim erstenmal passiert noch nichts),
mit lebensgefährlichen Abwehr-Reaktionen. Dieser Mensch ist Universalspender, aber
nur Empfänger für Blutgruppe 0.
Umgekehrt ist ein Mensch mit Blutgruppe AB Universalempfänger. Sein Blut löst bei
Blutspenden aber zumeist Reaktionen des Immunsystems des Empfängers aus.
Es gibt dann noch den Rhesus-Faktor. Das ist im Prinzip auch ein Epitop auf roten
Blutkörperchen. Bei vielen Menschenrassen ist er entweder durchgehend positiv oder
negativ. In Europa findet sich aber ein Gemisch (85 % +, 15 % -), und es kann da auch
ein Problem bei Blut-Transfusionen geben.
Wenn eine rhesus-negative Frau zum zweiten Mal ein rhesus-positives Kind zur Welt
bringt, kann dieses zweitgeborene Kind durch den Blutkontakt bei der Geburt sterben.
Ärzte schauen sich deshalb bei Eltern die Blutgruppen der Eltern an. Bei Mutter rh- und
Vater rh+ werden Vorsorgemaßnahmen getroffen.
4. Transplantations-Probleme
Nur eineiige Zwillinge haben auf ihren Organen die gleichen Epitope geerbt. Ihre Organe
können sie sich im Prinzip gegenseitig spenden. Ansonsten ist da jeder Mensch vom
anderen verschieden.
Organe mit keinem oder wenig Epitopen - z.B. Gehörknöchelchen - kann man meistens
verpflanzen. Organe, die sehr viele verschiedene Zelltypen enthalten, z.B. die Leber,
gelten als nicht austauschbar zwischen Lebewesen.
Wird das Organ eines fremden Lebewesens in einen Menschen verpflanzt, reagiert
dessen spezifische Immunabwehr gegen unbekannte Epitope: Antikörper entstehen und
markieren die fremden Zellen an deren fremden Epitopen. T-Killer-Zellen greifen Zellen
an, die von zu ihnen passenden Antikörpern markiert wurden. Das eingepflanzte Gewebe
wird nach einigen Wochen der Toleranz schrittweise zerstört.
Man begegnet den angreifenden T-Killerzellen mit Cortisol (deutsch „Cortison“). Das ist
der Botenstoff der T-Suppressorzellen. Cortisol befiehlt den T-Killerzellen, ihre Aktivität
einzustellen. Ein Mensch, in dessen Blut Cortisol schwimmt, ist aber nur noch halb
gegen Infektionen geschützt. Der erste Mensch, dem das Herz eines anderen Menschen
eingepflanzt wurde, verstarb einen Monat später an Lungenentzündung...
Man hat heutzutage bessere Immunsuppresiva und greift immer mehr auf Metall-Teile
und Kunststoff-Organe zurück. Diese rufen keine Reaktion bei der Immunabwehr hervor.
2.10.2015 Biologie Stufe 4, Klasse Mennel
Seitenthemen der spezifischen Immunabwehr
Zusatzseite, falls wir 1 und 2 schaffen :-)
5. Allergie
Tote Stoffe, die sich nicht vermehren, die aber im Mikrobereich feste räumliche
Oberflächenstrukturen bieten, und die vom Befall durch Antikörper und T-Killerzellen
unbeeindruckt bleiben („Pollenkörner“), können Allergien auslösen.
Nicht der Leerlauf der Immunabwehr an diesen Stoffen ist dabei die störende Reaktion,
sondern die Ausschüttung einer Substanz, die da, wo das Antigen von der Immunabwehr
gemeldet wird, zur Gefäßerweiterung dient: Im Rahmen der Immunabwehr wird
Histamin freigesetzt. Das verursacht mal Hautreizung, mal allergisches Asthma usw.
Es gibt neben „Allergenen“ (das sind sogar manche Metall-Legierungen) auch
allergiefördernde Stoffe, z.B. Formaldehyd, das in Tabakrauch enthalten ist. Menschen
mit Neurodermitis sollten z.B. wahrlich nicht auch noch rauchen.
6. Aids
Aids hat zwei Tücken:
- das Aids-Virus ist ein Retro-Virus. Er bleibt über viele Fortpflanzungszyklen in der
Zelle versteckt, die er infiziert hat, und bricht dann erst aus. Das nennt man „lysogenen
Zyklus“. Aus einer infizierten Zelle können dann schon tausende geworden sein. Die
Immunabwehr hat zwar bei Erstbefall das Aids-Virus erkannt, es aus der Blutbahn
gedrängt und Gedächtniszellen entwickelt. Aber dann gab es keine Meldung mehr, dass
dieses Virus noch im Körper sei.
Die meisten Viren zerstören die Zelle, die sie befallen, indem sie gleich die Herstellung
tausender neuer Viren befehlen. Das ist der übliche lytische Zyklus.
- das Aids-Virus infiziert ausgerechnet T-Helferzellen. Wenn - manchmal erst nach
Jahren - die Aids-Viren lytisch werden, die T-Helferzellen zerstören und im Blut wieder
zu finden sind, wird von ihnen das System der spezifischen Immunabwehr zerstört. Man
stirbt nicht direkt an Aids, sondern an einer anderen Infektion, die das Immunsystem
normalerweise unterdrückt hätte.
Retro-Viren enthalten m-RNA statt DNA. Unter anderem sorgt ihre m-RNA in der
Wirtszelle für die Herstellung eines Proteins „Reverse Transkriptase“. Dieses Protein
dann lässt die Wirtszelle aus der m-RNA die DNA herstellen, die anschließend die
Herstellung tausender neuer Retro-Viren kommandiert.
Retro-Viren schneiden und kleben ihre DNA typischerweise zunächst in die DNA der
Wirtszelle hinein und machen sonst nichts weiter. So werden sie dann bei jeder
Zellteilung mit in beide neuen Zellen übertragen (lysogener Zyklus).
Im Rahmen der Aids-Forschung entstand der Eindruck, dass im Genom aller Lebewesen
zahlreiche hineingeschnittene Retro-Viren mitwandern, deren DNA aber wohl so weit
beschädigt ist, dass sie nie mehr aktiv werden können.