Immunsystem mallig skript

Ein Selbstlernkurs zum Thema Immunologie für SII
Das Immunsystem
1) Vorkenntnisse sind dringend erforderlich
2) Auswirkungen des Immunsystems auf Blutübertragungen
3) Überblick über die Organe des Lymphsystems,
4) Die Vielfalt der Zellen des Immunsystems
5) Aufbau und Funktion der Lymphknoten
6) MHC (Gewebeunverträglichkeit und Präsentation von antigenen
Determinanten)
7) Die Aufgaben verschiedener Zelltypen bei der (humoralen) Immunreaktion
a) Makrophagen (selbst erarbeiten), mit Text
b) B-Zellen (selbst erarbeiten), mit Text
8) Ablauf der Humoralen Immunabwehr
9) Die zellvermittelte Immunabwehr
10) Übersicht über die gesamte Immunreaktion
11) Kommunikation im Immunsystem (steht neben weiteren Themen auf dem
Ausbauplan)
12) verschiedene Antikörper
2) Auswirkungen des Immunsystems auf Blutübertragungen
Bei schwerwiegenden Verletzungen mit sehr großem Blutverlust sahen sich in der
Vergangenheit Ärzte immer wieder gedrängt, als letzte mögliche Behandlung zur Rettung des
Lebens eines Patienten, eine Blutübertragung vorzunehmen, obwohl damals die Ergebnisse
unkalkulierbar waren. Meist überstand der Patient den großen Blutverlust oder die darauf
erfolgte Blutübertragung nicht, in seltenen Fällen war die Behandlung jedoch erfolgreich. Erst
nachdem der Wiener Arzt Karl Landsteiner (1869 - 1943) als Ursache für die missglückten
Blutübertragungen die Unvereinbarkeit aufgrund unterschiedlicher Blutgruppen herausfand
und damit Vorhersagen über erfolgreiche und tödliche Blutübertragungen möglich wurden,
konnten Blutübertragungen als Behandlungsmethode beherrscht werden.
Diese unterschiedlichen Blutgruppen und der Erfolg bzw. Misserfolg einer Blutübertragung
stehen ursächlich mit der Wirkungsweise des Immunsystems im Zusammenhang.
Wir betrachten hier (nur) die Blutgruppen nach dem AB0-System. Danach gibt es (siehe 1.
Spalte der Tabelle unten) die Blutgruppen A, B, AB und 0.
Jede der vier Blutgruppen wird grundsätzlich von den antigenen Strukturen (2. Spalte), die
sich auf der Oberfläche der roten und weißen Blutkörperchen befinden, bestimmt. Diese
Strukturen werden durch die geerbten Gene festgelegt (4. Spalte). Wie die möglichen
Genotypen für die verschiedenen Blutgruppen aussehen, steht in der 5. Spalte. Dabei
verhalten sich IA und IB dominant gegenüber i, untereinander jedoch intermediär. IA und IB
sind also kodominant. (Für die Vererbung der Blutgruppen steht eine eigene Lernseite zur
Verfügung.)
Genotyp
Blutgruppe/ Phänotyp Antigen Antikörper Gen
A
A
antiB
IA
IA IA und IA i
B
B
antiA
IB
IB IB und IB i
AB
A+B
keine
IA und IB IAIB
0
keine
antiA + antiB i
ii
(Es gibt auch noch weitere Untergruppen der Blutgruppen, auf die wir hier nicht eingehen
wollen.)
Die Antikörper sind in der Regel den Blutgruppen so
zugeordnet wie in Spalte 3 der Tabelle dargestellt. Es
kommen jedoch auch Abweichungen vor. Das liegt daran,
dass die AB0-Blutgruppen-Antikörper wie alle
anderen Antikörper gebildet werden: Das Immunsystem
bildet gegen alle körperfremden Stoffe, also Stoffe mit denen
es über das Blut in Kontakt kommt und die ihm "unbekannt"
sind, Antikörper. Diese Moleküle, die die Antikörperbildung
auslösen, nennt man Antigene. Stoffe (Molekülstrukturen),
mit denen der Organismus vor oder bis kurz nach der Geburt
in Kontakt gekommen ist, betrachtet das Immunsystem als
körpereigen und "bekannt" und gegen diese produziert es
keine Antikörper.
Da die Blutgruppenantigene nicht nur auf den Blutkörperchen
vorkommen, sondern in der Natur weit verbreitet sind (sie
kommen z.B. auch auf unseren E. Coli- Darmbakterien vor),
kommt unser Immunsystem automatisch auch mit den
Antigenen in Kontakt, die wir selbst nicht auf der Oberfläche
unserer Blutkörperchen besitzen. Gegen diese
"körperfremden Antigene" werden dann Antikörper gebildet,
gegen die körpereigenen Antigene selbstverständlich nicht.
Die Antikörper befinden sich im Serum (= Blutflüssigkeit
ohne Blutkörperchen). Die Blutgruppenantikörper sind vom
Typ IgM. Daneben gibt weitere Antikörpertypen.
Blutgruppenantikörper
Die tödlichen Blutübertragungen in früheren Zeiten waren darauf zurückzuführen, dass bei
Blutübertragungen Blutgruppen mit einem bestimmten Blutgruppen-Antigen mit einer
Blutgruppe zusammentrafen, die gegen dieses Antigen die entsprechenden BlutgruppenAntikörper besaßen, sich die Blutkörperchen mit den Antigenen und den entsprechenden
Antikörpern verklumpten und damit die Blutgefäße verstopften. Als Beispiel wählen wir die
Blutgruppe A mit Antigenen A. Kommt diese mit einer Blutgruppe zusammen, die
Blutgruppen-Antikörper antiA enthält, so findet die Verklumpung statt.
Dass die Kombination von Antigenen und Antikörpern nicht immer, wie in der Tabelle oben
angegeben, auftreten muss und dass das Immunsystem dabei eine ganz wichtige Rolle spielt,
zeigt das folgende Beispiel:
Bei einer Routineuntersuchung stellte man bei einem Jungen mit der Blutgruppe A fest, dass er
keine Blutgruppen-Antikörper B besaß, was normalerweise der Fall ist. (Der Junge besaß
Antigene A, aber keine Antikörper B).
Nachforschungen ergaben, dass dieser Junge eine Zwillingsschwester mit der Blutgruppe B
hatte, und dass man bei der Geburt der beiden Kinder feststellte, dass die Blutkreisläufe der
beiden nicht vollständig getrennt waren. An Kontaktstellen, sogenannten Placentaanastomosen,
mischte sich das Blut der beiden Feten im Mutterleib.
Auftrag: Versuche dieses Phänomen, Blutgruppe A mit Antigenen-A aber keinen
Antikörpern antiB zu erklären.
Welche Blutübertragungen sind möglich?
Gedankenexperiment: Wir wollen nun testen, zwischen welchen Blutgruppen man Blut
übertragen kann.
Zunächst versuchen wir Blut der einzelnen Gruppen mit dem Blut der anderen Gruppen zu
mischen:
Dazu gehen wir zu einer Seite mit einer virtuellen Mischtabelle Blut mit Blut.
Nachdem also klar ist zwischen welchen Blutgruppen man Blut mischen kann,
wollen wir untersuchen, ob sich andere Möglichkeiten ergeben, wenn wir
Blutkörperchen und Serum durch Zentrifugieren trennen und die getrennten
Fraktionen der verschiedenen Blutgruppen mischen.
Dazu springen wir zu einer Seite mit einer virtuellen Mischtabelle zwischen
Körperchen und Serum der verschiedenen Blutgruppen.
Neue Schwierigkeiten bei Transplantationen trotz der Beherrschung der Probleme
bei Blutübertragungen
Nachdem seit Landsteiner die Blutgruppen verstanden waren und die
Blutübertragungen in der Folgezeit in der Regel ohne Komplikationen abliefen,
versuchten sich die Mediziner in Notfällen an Transplantationen von Geweben
oder Organen und achteten dabei auf die Übereinstimmung der Blutgruppen.
Entgegen den Erwartungen gab es erneut große Schwierigkeiten, da die
übertragenen Gewebe oder Organe fast immer abgestoßen wurden. Ausnahmen
waren nur die erfolgreichen Eigengewebe-Übertragungen. Als Ursache der
negativen Ergebnisse fand man, dass es in den Zellmembranen neben den AB0Antigenen, die schon von den Erythrocyten bekannt waren, bei weißen
Blutkörperchen, Blutplättchen und allen Gewebszellen noch weitere so genannte
HL-A-Antigene (human leukocyt, locus A) gab. Die von den damals bekannten
zwei Genorten mit je 12 bzw. 37 Allelen codierten HL-A-Antigene ermöglichten
so viele verschiedene Variationen, dass es nahezu unmöglich erschien,
Gewebsspender mit passender HL-A-Übereinstimmung zu finden.
Die weiteren Forschungen ergaben, dass diese HL-A-Antigene diejenigen
Proteine in den Zellmembranen sind, mit denen die Zellen körperfremde
Antigene, die z.B. durch den Befall von Krankheitserregern in den Körper gelangt
sind, den Abwehrzellen des Immunsystems präsentieren können. Inzwischen
bezeichnet man diese für die Antigenpräsentation verantwortlichen Moleküle als
MHC-Proteine nach der "Genfamilie" MHC (major histocompatibility complex),
die diese Proteinmoleküle codiert.
Mit Hilfe von einem Lückentext Lückentext oder einem Quiz kannst du
überprüfen, was du gelernt hast.
3)Die Organe des Immunsystems
In der Abbildung links siehst du schematisch die
einzenen Teile des Lymphsystems eingezeichnet.
Klickst du auf die Abbildung, werden Buchstaben-Markierungen
eingeblendet, die zu den Erklärungen unten passen.
Die primären Lymphorgane sind
1. das rote Knochenmark (g) (stellvertretend im
linken Oberschenkelknochen eingezeichnet)
2. die Thymusdrüse (e), vor dem Herz liegend.
[Im Kindesalter stark ausgeprägt, später
zurückgebildet]
Die sekundären Lymphorgane sind
1. die Lymphknoten (a)
2. die Mandeln [Gaumen- (c) und
Rachenmandeln (d)]
3. der Wurmfortsatz (h)
4. die Milz (f)
5. verbunden durch Lymphgefäße (b)
Hier etwas ausführlichere Erklärungen zu den wichtigeren Teilen des
Lymphsystems:
Das rote Knochenmark ist der Ausgangspunkt der verschiedenen Zellen des
Blutes und des Immunsystems. Von den multipotenten Stammzellen stammen letztlich
als Zellen des Blutsystems die Erythrocyten, die Thrombocyten und die Leukocyten ab, als
auch die bei den Allergien beteiligten Mastzellen und die bei der erworbenen Immunität
beteiligten Makrophagen, die als Fresszellen Krankheitserreger phagozytieren und mithilfe
von MHC-Molekülen deren antigenen Determinanten an ihrer Zellmembran präsentieren.
Ebenso stammen aus dem roten Knochenmark die natürlichen Killerzellen der angeborenen
Immunität, als auch die B- und T- Lymphocyten der erworbenen Immunität. Diejenigen
Lymphozyten, die im "roten Knochenmark" ("bone marrow") ihren Reifungsprozess
durchlaufen, werden als B-Lymphozyten bezeichnet.
Die Thymusdrüse sitzt über dem Herz und dient der Reifung von Lymphozyten.
Lymphocyten, die vom roten Knockenmark in die Thymusdrüse wandern und dort reifen,
werden als T-Lymphozyten bezeichnet. Die Thymusdrüse ist im Kindesalter, in dem die
Reifungsprozesse der Lymphozyten besonders intensiv ablaufen, sehr ausgeprägt und groß
und bildet sich mit den Jahren dann wieder sehr stark zurück.
Die Lymphknoten sind entlang der Lymphgefäße angeordnet und dienen den verschiedenen
Zellen der erworbenen Immunität als Kommununikationzentren. (Dies wird leichter verständlich,
wenn du dir den Aufbau eines Lymphknotens genauer anschaust.)
Deinen Lernfortschritt kannst du überprüfen anhand eines Lückentextes oder
einem Quiz.
4) Die Vielfalt der Zellen des Immunsystems
Im Schema unten findest du eine (etwas unvollständige) Übersicht über die Herkunft der
Zellen des Immun- und des Blutsystems. Ausgehend von den multipotenten Stammzellen des
Knochenmarks kommt man entweder zu einer myeloiden oder einer lymphatischen
Vorläuferzelle. Aus den myeloiden Vorläuferzellen entstehen letztlich als Zellen des
Blutsystems die Erythrocyten für den Sauerstofftransport, die Thrombocyten für die
Blutgerinnung und als weiße Blutkörperchen (Leukocyten) die bei den Allergien beteiligten
Mastzellen und die bei der erworbenen Immunität beteiligten Makrophagen. Die
Makrophagen phagocytieren als Fresszellen Krankheitserreger und präsentieren deren
antigenen Determinanten mithilfe von MHC-Molekülen an ihrer Zellmembran. Aus der
lymphatischen Vorläuferzelle entstehen weitere weiße Blutkörperchen und zwar einerseits die
natürlichen Killerzellen der angeborenen Immunität, als auch die B- und T- Lymphocyten der
erworbenen Immunität. Die Entwicklung läuft für alle diese Zellen zunächst im Knochenmark
ab. Diejenigen Lymphocyten, die im "roten Knochenmark" ("bone marrow") reifen, werden
anschließend zu B-Zellen, diejenigen Lymphocyten die in die Thymus-Drüse wandern und
dort reifen, zu T-Zellen.
Erythrocyt
(rotes Blutkörperchen)
Thrombocyt
(Blutplättch
verschiedene
Granulocyten
Mastzelle
(bei Allergien)
en)
myeloide
Vorläuferzell
e
Granulocyten-/
Makrophagenvorläuferzelle
Monocyt
natürliche
Killerzelle
Plasmazellen
(produzieren die
Antikörper)
Makrophage
(frisst Erreger
und
präsentiert die
Antigene)
Multipotente
Stamm
zelle
lymphatische
Vorläuferzell
e
BLymphocyt
TLymphocyt
B-Gedächtniszellen
(produzieren
Antikörper
nach erneutem
Kontakt sehr
schnell)
T-Helferzellen
(aktivieren BLymphocyten)
T-Killerzellen
(bringen von
Erregern
befallene
Zellen zur
Selbstauflösung)
T-Unterdrückerzellen
(beenden die
Antikörperproduktion)
T-HelferGedächtniszellen
Übersicht über die wichtigsten Zellen von Blut- und Immunsystem (Link zu einer Seite mit
ergänzenden Graphiken)
Fragen:
Welche Zellen kennst du bereits (Bezug zu Kurs SI) von der angeborenen
Immunität?
Welche Zellen kennst du bereits (Bezug zu Kurs SI) von der erworbenen
Immunität?
Welche Zellen der angeborenen Immunität werden hier neu genannt?
Welche Zellen der erworbenen Immunität sind hier neu genannt?
Welche Lymphocyten gibt es?
Welche Killerzellen gibt es?
Welche Zellen sind alle weiße Blutkörperchen?
Wodurch wird entschieden, ob ein Lymphocyt ein B- oder ein T-Lymphocyt
wird?
Welche B-Lymphocyten gibt es?
Welche T-Lymphocyten gibt es?
Du kannst mithilfe eines Lückentextes oder eines Quiz überprüfen, ob du das
Thema verstanden hast.
5) Bau und Funktion eines Lymphknotens
Die Schemazeichnung zeigt einen Lymphknoten mit
zuführendem und ableitendem Blutgefäß, ein ableitendes
und vier zuführende Lymphgefäße und den inneren
Aufbau.
Informiere dich beim Mauszeigerabtastbild des
Lymphknoten, über seinen Bau und wo sich die
verschiedenen Lymphozyten-Typen befinden.
In den Lymphknoten treffen die Bahnen mehrerer Lymphgefäße zusammen und werden
danach in einer einzigen Bahn weitergeleitet. Den mit der Lymphe wandernden Leukocyten
bietet sich in den Knoten die Möglichkeit der Kontaktaufnahme und Kommunikation
untereinander.
Dabei befinden sich im Inneren der Lymphfollikel hauptsächlich B-Zellen. In der FollikelUmgebung sind meist T-Zellen und in der inneren Region der Lymphknoten sind viele
Makrophagen anzutreffen. Die Lymphknoten stellen so eine Art Kontaktbörse dar, bei der
sich ganz bestimmte Zellen finden lassen.
Finden sich die "richtigen" Zellen und treten sie in Kommunikation miteinander, können
Zellteilungen und damit die Zellvermehrung dieser weißen Blutkörperchen erfolgen.
Wie könnte man den Bau eines Lymphknoten beschreiben?
Wo befinden sich die hauptsächlich die B-Zellen?
Wo befinden sich mehrheitlich die T-Zellen?
Wo sind besonders viele Makrophagen zu finden?
Welche Funktion könnten die Lymphknoten haben?
Mit einem Lückentext kannst du deinen Lernfortschritt überprüfen.
6) Die MHC-Proteine
Links siehst du ein (Blumendraht-) Modell von einem
MHC II-Protein, unbeladen. Klickst du auf das Bild,
siehst du das gleiche Molekül eine kurze Peptidkette
präsentierend.
Beschreibe das Aussehen dieses MHC II-Proteins.
MHC-Proteine werden von einer "Genfamilie" MHC (major
histocompatibility complex) aus mindestens 20 MHCGenen mit je mindestens 100 Allelen codiert und sind
dadurch spezifisch für jeden Menschen und von
einem Individuum zum nächsten zumindest
minimal verschieden. Gleichheit gibt es nur bei eineiigen
Mehrlingen. Die MHC-Moleküle rufen bei
Gewebetransplantationen Abstoßungsreaktionen hervor, wenn
die MHC-Moleküle zwischen Spender und Empfänger
verschieden sind.
Aber eines haben alle diese von Mensch zu Mensch
verschiedenen Moleküle gemeinsam: die Rinne zum
präsentieren von antigenen Determinanten.
Bei jedem Menschen kommen jedoch zwei verschiedene MHC-Protein-Typen vor:
Ganz links ist der Typ MHC I, links der schon
bekannte MHC II. Vielleicht ist das MHC I-Molekül so
nicht ganz verständlich. Wenn du auf die Abbildungen
klickst, kommst du jedoch zu einem Bild, in dem auch
die stabilisierenden (Disulfid-)Bindungen eingezeichnet
sind.
Wodurch unterscheiden sich die beiden
Molekülmodelle?
Als Symbole für die MHC-Proteine werden bei dieser
Lerneinheit für MHC I z.T.
MHC II
oder
oder
verwendet.
und für
Die Frage ist nun, wo genau jeweils die MHC I- und die MHC II-Proteine vorkommen und
welche unterschiedlichen Aufgaben sie haben?
MHC I
MHC I-Proteine kommen auf fast allen Körperzellen
vor zumindest auf allen kernhaltigen. Demnach nicht
auf den kernlosen roten Blutkörperchen.
Welchen Vorteil hat dies für Bluttransfusionen?
Zellen, die von Bakterien oder Viren befallen
sind, präsentieren die antigenen Determinanten die
diese Erreger charakterisieren mithilfe der MHC IMoleküle in ihrer Zellmembran und machen so
kompetente Zellen des Immunsystems auf die
Gefahr aufmerksam, die sich in ihrem Inneren
befindet.
Als "Sicherheits-Code" zur Identifizierung als befallene Zelle wird durch die Abwehrzellen
des Immunsystems das MHC I-Protein von T-Zell-Rezeptoren der Killerzellen mithilfe des
CD8-Moleküls überprüft. (MHC I und CD8)
Welche Zellen präsentieren antigene Determinanten mithilfe der MHC IProteine?
Wie wird bestätigt, dass die präsentierten Antigene als Folge eines
Erregerbefalls präsentiert werden?
MHC II
MHC II-Moleküle sind auf einige wenige Zelltypen
der Immunabwehr beschränkt: z.B. auf Makrophagen,
B-Lymphocyten
Diese Abwehrzellen des Imunsystems präsentieren mit MHC
II-Molekülen antigene Determinanten, die aus antigenen
Proteinen stammen, die durch Phagocytose bei Makrophagen
oder über die Antikörper-Rezeptoren bei B-Zellen
aufgenommen wurden und dienen der Kommunikation mit
den anderen Zellen des Immunsystems.
Dass sich die präsentierten antigenen Determinanten von
einer Immunzelle zur Kommunikation mit den anderen
Immunzellen bestimmt sind, wird mithilfe der CD4-Molekül
abgesichert und überprüft. (MHC II und CD4)
Auf welche Zelltypen sind die MHC II-Moleküle beschränkt?.
Wozu dient die Präsentation dieser Antigene?
Wie wird abgesichert, dass die präsentierten Antigene der Kommunikation
der Abwehrzellen dienen?
Erstelle eine Tabelle über die MHC I- und MHC II-Proteine bezüglich
Vorkommen auf den Zelltypen, Ursache für die Präsentation der Antigene und
Absicherung der 'Immuninformation'.
Die folgenden Fragen solltest du jetzt auch beantworten können:
Was ist MHC-Molekülen gemeinsam?
Wodurch unterscheiden sich die MHC Moleküle verschiedener Menschen?
Wodurch unterscheiden sich MHC I und MHC II?
Wo findet man MHC I?
Wo findet man MHC II?
Wann werden MHC I verwendet?
Wann werden MHC II-Moleküle verwendet?
Ein Lückentext und ein Quiz helfen beim Überprüfen der Lernfortschritte.
7) Die Aufgaben verschiedener Zelltypen bei der (humoralen)
Immunreaktion
a) Die Makrophagen (Sie müssen durch die Präsentation antigener Determinanten eines
Erregers, passende T-Zellen aktivieren)
In der Abbildung links sehen wir
einen Makrophagen, der sich
Krankheitserregern
genähert hat.
Im Inneren des Makrophagen sind in
einem Vesikel MHC II-Moleküle
zu erkennen.
In der Abbildung rechts wird einer
der Erreger
phagocytiert.
Links befindet sich der Erreger in
einem
"Verdauungsvesikel" und wird in
seine Bestandteile
abgebaut. Insbesondere kommt es
auf die antigen wirkenden, also die
"körperfremden" Strukturen
des Erregers an. (Antigene
Determinanten)
Die Vesikel mit den MHC IIProteinen und den
antigenen Determinanten des
Erregers
verschmelzen.
Die MHC II-Moleküle werden mit
den
antigenen Determinanten des
Erregers
"beladen" .....
.... mit den
antigenen Determinanten des
Erregers
"beladen" und auf einzelne Vesikel
verteilt.
Die einzelnen Vesikel begeben sich
Richtung Zellmembran und
verschmelzen
mit ihr.
Auf diese Weise werden die mit den
antigenen Determinanten beladenen
MHC II- Moleküle
in die Zellmembran eingebaut.
Der Makrophage präsentiert mit
seinen MHC II-Molekülen die als
Antigen wirkenden
Molekülstrukturen
des phagocytierten Erregers.
Welche T-Zelle hat
den passenden Rezeptor?
In Blut- und Lymphsystem macht
sich
der Makrophage auf die Suche nach
einer
T-Helferzelle, deren Rezeptor zum
präsentierten Antigen passt und
aktiviert diese dadurch.
Meist vollzieht sich
dies in den Lymphknoten.
Links ist die Phagocytose eines Erregers und
die Präsentation der antigenen Determinanten
mithilfe der MHC II-Moleküle in einer
Animation zu sehen.
Kurz zusammengefasst: Makrophagen phagocytieren
Krankheitserreger oder andere Antigene, zerlegen diese
in ihre Bestandteile und präsentieren deren antigenen
Determinanten mithilfe von MHC II-Proteinen in ihrer
Membran und suchen dann diejenige der vielen T-Zellen,
deren Rezeptor zum präsentierten Antigen passt
(Schloss-Schlüssel-Prinzip). Die gefundene T-Zelle wird
dadurch aktiviert und teilt sich vielfach in einen T-ZellKlon. Es entstehen T-Helferzellen zur Aktivierung von
B-Zellen, T-Unterdrückerzellen zur Beendigung der
Antikörperproduktion, T-Killerzellen für die
zellvermittelte Immunreaktion zur Zerstörung von
Zellen, die von Krankheitserregern befallen sind, und TGedächtniszellen für eine spätere Immunabwehr nach
einer erneuten Infektion mit demselben Erreger.
Hier geht es um die T-Helferzellen, die dringend benötigt werden, um eine entsprechende BZelle letztlich zur Produktion von gegen den Erreger passenden Antikörpern anzuregen.
b) Die B-Zellen (Sie müssen durch Kontakt mit aktivierten T-Zellen zur
Klonierung und zur Bildung von antikörperproduzierenden Plasmazellen angeregt
werden.)
Rechts ist die Abbildung einer
B-Zelle zu sehen. Erkennbar sind
in die Membran eingebaute unbeladene MHC IIMoleküle
und Antikörper
.
Zusätzlich zur B-Zelle sind zwei Erreger zu sehen. B-Zellen
entstehen und reifen im roten Knochenmark (bone marrow).
B-Zellen können sich zu Plasmazellen teilen, die
Antikörper produzieren können. Die Bindungsstellen der
dann produzierten Antikörper stimmen mit den in der
Zellmembran eingebauten Antikörpern überein.
Die abgebildete B-Zelle verfügt in ihrer Membran
über solche Antikörper, die den dargestellten
Erreger gezielt binden können.
Sobald einer der 'Membran-Antikörper' sein Antigen
(Schloss-Schlüssel-Prinzip) gebunden hat, wird er mit einem
Membran-Vesikel in das Zellinnere befördert.
Rechts wird der Erreger
in seine antigenen
Determinanten zerlegt.
.
Links:
Vesikel mit antigenen Determinanten und MHC IIProteinen verschmelzen und die MHC II-Proteine werden
mit den Antigenen beladen.
Rechts bewegen sich Vesikel mit den zelltypischen
Antikörpern und den beladenen MHC IIMolekülen Richtung Zellmemebran.
Durch das Verschmelzen der Vesikel mit der Zellmembran
werden die 'beladenen' MHC II-Proteine (und die
Antikörper) in der Membran verankert.
Rechts präsentiert die B-Zelle mit MHC II-Proteinen
die antigenen Determinanten, gegen die sie den
Bauplan der Antikörper besitzt.
Die B-Zelle sucht nun
Kontakt zu einer T-Helferzelle,
die zu dem von ihr präsentierten
Antigen passt.
Der Kontakt zwischen B-Zelle
und "passender" T-Helferzelle
vollzieht sich in der Regel in den
Lymphknoten.
Die B-Zelle wird dadurch zur
Klonierung angeregt.
Links sieht man die
beginnende
Vermehrung der
angeregten B-Zelle zu
einem Klon aus
Plasmazellen und
Gedächtniszellen.
Hier sieht man eine
Plasmazelle bei der Produktion von
Antikörpern.
Die Animation links versucht die
Vorstellung von der Aufnahme des
Antigens und seiner Präsentation
mithilfe der MHC II-Moleküle zu
erleichtern.
Kurz zusammengefasst: B-Zellen binden mit den
für sie spezifischen Antikörpern in ihrer
Zellmembran die entsprechenden Antigene, die
dann über eingezogene Vesikel in das Zellinnere
befördert und dort "zerlegt" werden. Die
antigenen Determinanten werden mit MHC IIMolekülen kombiniert und diese mithilfe der
Vesikel mit der Zellmembran verschmolzen und
dadurch außen präsentiert. Diese
"präsentierende" B-Zelle sucht nun (meist in den
Lymphknoten) eine "passende" T-Helferzelle, die
die B-Zelle zur Klonierung aktivieren kann, damit
Plasmazellen entstehen, die dann die gewünschten
Antikörper produzieren. Daneben entstehen auch
Gedächtniszellen für eine schnellere
Immunreaktion bei einer späteren erneuten
Infektion.
8) Der Ablauf der humoralen Immunabwehr
Damit von Plasmazellen Antikörper gegen einen von der angeborenen Immunität
nicht erfolgreich bekämpften Erreger produziert werden können, müssen
einerseits Makrophagen diesen Erreger phagocytieren, dessen antigenen
Determinanten präsentieren und eine ganz bestimmte T-Zelle durch Kontakt
aktivieren und andererseits muss eine B-Zelle diesen Erreger aufgenommen
haben und dessen antigene Determinanten in der Zellmemebran präsentieren, um
nach Kontakt mit der (siehe oben) aktivierten T-Zelle sich auch zu
antikörperproduzierenden Plasmazellen zu teilen. Etwa 7 bis 10 Tage nach einer
Infektion stehen dann die spezifischen Antikörper zur Bekämpfung dieses
Krankheitserregers zur Verfügung. Das folgende Schema soll den Vorgang
anschaulich machen.
Makrophagen
Ein
Makrophage
"frisst" den
Erreger,
zerlegt ihn in
seine Antigene
und ...
B-Zellen
...........
Eine B-Zelle
päsentiert
die
antigenen
Determinanten
mit MHC IIMolekülen in
der
Zellmembran.
bindet mit ihren
Antikörpern in
der
Zellmembran
das passende
Antigen ,
zerlegt es
in seine
antigenen
Determinanten
und
präsentiert
diese mithilfe
der MHC IIMoleküle
Dieser
Makrophage
sucht eine
T-Zelle mit
passendem
Rezeptor.
Die T-Zelle wird dadurch
aktiviert
und teilt sich in einen TZellKlon
aus T-Helferzellen, TKillerzellen,
T-Suppressorzellen und
T- Gedächtniszellen.
Die T-Helferzellen suchen
jetzt
B-Zellen, die das gleiche
Antigen
präsentieren.
in ihrer
Membran.
Sie macht sich
auf die Suche
nach einer
T-Helferzelle
mit dem
passenden
Rezeptor.
Die
T-Helferzelle
mit passendem
Rezeptor dockt
an das Antigen
der B-Zelle an
und veranlasst
diese durch
Cytokine
(Botenstoffe),
sich zu einem BZellklon zu
teilen.
Es entstehen BGedächtniszellen
für spätere
Infektionen und
die Plasmazellen,
die Antikörper
produzieren und
abgeben.
Die Antikörper
verklumpen die
Antigene zu
einem AntigenAntikörperKoplex, . . .
. . .der von
Fresszellen
phagocytiert
und verdaut
wird.
Den Ablauf der humoralen Immunreaktion kann man sich auch in einer Präsentation anschauen.
(Die Anordnung ist dabei kompakter, um alle Schritte zumindest bei einem Hochauflösenden
Bildschirm formatfüllend auf einer Seite zu sehen.) Zum ausdrucken (Querformat einrichten,
gegebenenfalls verkleinern) gibt es dazu eine Übersichtsseite mit Text und eine Übersichtsseite
nur mit den Abbildungen, die man selbst beschriften kann.
9) Zellvermittelte Immunität
Konnte ein Erreger die Barrieren der angeborenen Immunität überwinden und im
Körper Zellen befallen um sich darin zu vermehren, müssen einerseits diese
Zellen erkannt werden können als auch andererseits Zellen spezialisiert werden,
die genau die befallenen Zellen mit den Erregern unschädlich machen. Um
gefunden zu werden, präsentieren befallene Zellen mithilfe von MHC IMolekülen antigene Determinante des Erregers in der Zellmembran. Damit diese
befallenen Zellen unschädlich gemacht werden können, müssen Makrophagen
freie Erreger phagocytieren, deren antigenen Determinanten präsentieren und
eine ganz bestimmte T-Zelle durch Kontakt aktivieren. Diese T-Zelle teilt sich in
einen T-Zell-Klon aus T-Helferzellen, T-Unterdrückerzellen, T-Gedächzellen und
T-Killerzellen, die hier gebraucht werden. Die T-Killerzellen suchen dann nach
befallenen Zellen und leiten bei ihnen den im Zellkern vorprogrammierten Zelltod
aus. Killerzellen stehen etwa 5 bis 6 Tage nach einer Infektion zur
Verfügung. Das folgende Schema soll den Vorgang anschaulich machen.
Befallene Zellen
Makrophagen
Ein
Krankheitserrerger
.....
Ein
Makrophage
"frisst" den
Erreger,
zerlegt ihn in
seine Antigene
und ...
. . z.B. ein Virus
befällt eine Zelle.
päsentiert
die
antigenen
Determinanten
mit MHC IIMolekülen in
der
Zellmembran.
Das Virus beginnt
sich in der
Körperzelle zu
vermehren.
Gleichzeitig
werden antigene
Determinanten des
Erregers
festgestellt . . . .
Dieser
Makrophage
sucht eine
T-Zelle mit
passendem
Rezeptor.
.. . ., isoliert und
mit MHC IVesikeln in
Verbindung
gebracht
Die T-Zelle wird dadurch
aktiviert
und teilt sich in einen TZellKlon
aus T-Helferzellen, TKillerzellen,
T-Suppressorzellen und
T- Gedächtniszellen.
Die T-Helferzellen suchen
jetzt
B-Zellen, die das gleiche
Antigen
präsentieren.
Die mit antigenen
Determinanten
beladenen
MHC I-Moleküle
werden
mit Vesikeln
zur Zellmembran . .
.
Auch die T-Killerzellen
machen sich auf die
Suche
nach präsentierenden
Zellen.
. . . gebracht und
dort
präsentiert.
Jetzt wird eine
T-Killer-Zelle
mit den . . .
. . . entsprechenden
Rezeptoren gesucht.
Die T-Killerzelle gibt
ein
Cytokin ab, das
Die befallene Zelle
verfällt daraufhin in
Apoptose (sie löst ihren
eigenen Zelltod aus).
Links ist in einer Animation
der Zusammenhang zwischen
Befall einer Körperzelle und ihrer
Zerstörung durch Apoptose zu
sehen.
Mithilfe eines Quiz kannst du deinen Lernerfolg testen.
12) Verschiedene Antikörper
Aufbau des
Immunglobulins G:
IgG
variabler
Teil
Antikörper sind
Immunproteine oder
Immunglobuline, die
aus mehreren
identischer
Teilproteinen
Teil
zusammengesetzt sind.
Wir betrachten
zunächst den
Antikörper
Immunglobulin G: IgG,
wie er rechts
dargestellt ist.
Wie viele Eiweißketten (Stränge) kannst du erkennen und wie
viele sind ähnlich lang?
Die beiden langen Stränge werden als heavy-Stränge, die beiden
kurzen als light-Stränge benannt. Sie sind untereinander durch
Disulfid-Brücken verbunden.
Bei allen Antikörpern vom Typ IgG gibt es einen unteren
größeren und identischen Teil, in grünlichen und gelblichen
Farben dargestellt. Die verschiedenen Antikörper gegen
verschiedene Antigene unterscheiden sich jedoch in den
variablen Teilen oben, die rötlich dargestellt sind. Die variablen
Teile (links und rechts) passen nach dem Schloss-SchlüsselPrinzip genau zu dem Antigen, gegen das sie produziert wurden.
Insgesamt hat das IgG die Form eines Ypsilons, bei dem die
beiden Arme jeweils zur Bindung eines Antigens befähigt sind.
Präzipitations-Tests mit Antikörpern IgG gegen kleinste Antigene
(sogenannte Haptene) und diesen Haptenen führten zu Verbindungen
zwischen den Antikörpern und den Haptenen, wie sie nach einem
elektronenmikroskopischen Bild rechts gezeichnet sind. Zwischen zwei
Armen von zwei Antikörpern sitzt jeweils das nicht zu erkennende Hapten.
Welche geometrischen
Formen bilden die
verknüpften Antikörper
jeweils, welche Winkel
bilden daher die beiden Arme
eines Antikörpers und welche
Schlussfolgerung lässt sich
daraus bezüglich der Arme
ziehen?
Übersicht über die verschiedenen Antikörperklassen
Dieser Antikörpertyp wurde schon
Im Serum
IgG
oben beschrieben. Er bildet die
zu 80%
wichtigste Antikörperklasse.
IgM sehen aus wie 5 an der Basis
zusammengefasste IgG. IgM sind
die frühen Antikörper der
Erstreaktion meist gegen
Mikroorganismen. Auch die ABOIm Serum
IgM
Blutgruppenantikörper gehören
zu 6%
zur Klasse IgM. Sie sind zu groß
für Plazentaschranke und können
damit normalerweise nicht vom
mütterlichen Blutkreislauf in den
fetalen Blutkreislauf gelangen.
IgA sehen aus wie zwei an den
Fußenden verbundene IgG. Sie
Im Serum befinden sich überwiegend in
IgA
zu 13%
Körpersekreten wie Speichel,
Tränen, Milch, Ausscheidungen
des Darmtraktes.
IgD
IgD sind etwas kürzer als die IgG.
Sie bilden den Großteil der
membrangebundenen Rezeptoren
der B-Zellen und haben eine
große Bedeutung bei der
Lymphozyten-Differenzierung,
IgE sind etwas länger als IgG. Sie
sitzen in den Membranen
Im Serum der Mastzellen, die mit Allergien
IgE
zu 0,002% von Bedeutung sind. Sie dienten
ursprünglich bei der
Immunabwehr von Parasiten.
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