"Dominik Aigner" Biologie; Thema: Immunsystem; Autoren: Aigner Dominik, Hollaus Josef Klasse: 6 GR; Jahr: 1998/99

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1 Das Immunsystem ALLGEMEINES UND AUFBAU DES IMMUNSYSTEM 1 GRANULOZYTEN & MONOZYTEN 1 PHAGOZYTOSE 2 LYMPHOZYTEN 2 T LYMPHOZYTEN 2 B LYMPHOZYTEN 2 ANTIGEN ANTIKÖRPERREAKTION 2 BLUTGRUPPEN 3 LYMPHATISCHE ORGANE 3 THYMUS 3 LYMPHKNOTEN 3 MILZ 3 ANGRIFF EINES FREMDKÖRPERS 4 INTERLEUKIN 2 4 VIREN 4 AKTIVE UND PASSIVE IMMUNISIERUNG 5 ALLERGIE 5 AIDS (AQUIRED IMMUNO DEFICIENCY SYNDROM) 5 TUMORIMMUNOLOGIE 5 Allgemeines und Aufbau des Immunsystem Seine Aufgaben liegen im Erkennen körpereigener- und körperfremder Soffe, der Asulösung spezifischer Abwehrreaktionen und in der Erinnerung eines immunologischen Gedaächtnissen an Antigene. Es ist auch verantwortlich für die Abstoßung von fremen Transplantaten. Die Zellen des Immunsystems sind die weißen Blutkörperchen, auch Leukozyten genannt. Weiters besteht es aus dem Knochenmark, wo diese Blutkörperchen gebildet werden und aus den lymphatischen Organen. Die Leukozyten werden in verschidene Gruppen unterteilt: Granulozyten, Lymphozyten und Monozyten. Die Leukozyten bestehen aus ca. 60% Granulozyten, ca. 30% Lymphozyten und ca. 5% Monozyten. Granulozyten & Monozyten Granulozyten werden hauptsächlich im Knochenmark gebildet. Sie sind Phagozyten (=Freßzellen), welche eingedrungene Bakterien und abgestorbene Zellen durch Phagozytose beseitigen. Spezielle Substanzen,

2 wie Interleukine oder Komplementfaktoren, bewriken die Ausschüttung von Granulozyten aus dem Knochenmark. Monozyten dienen der Abwehr von Mikroorganismen und arbeiten mir den Lymphozyten zusammen. Ein Zusammenschluß bewirkt ein Entstehen einer Riesenzelle (=Makrophage). Auch sie verwenden die Phagozytose, um fremde Zellen zu vernichten. Phagozytose Wenn ein Phagozyt eine fremde Zelle entdeckt, strömt er auf sie zu, und versucht sie zu mit Hilfe der Phagozytose zu vernichten. Dabei umschließt sie den Fremdkörper mit Hilfe von zytoplasmatischen Fäden. Diese schließen sich zu einer Höhle, in der sich Verdauungsenzyme ansammeln. Nun wird das Bakterium zersetzt und schließlich ausgeschieden. Wenn der Fremdkörper es schafft, die Freßzelle während der Phagozytose zu zerstören, wird der Phagozyt gleich von einem Neuen ersetzt, der das zersetzen vollendet. Lymphozyten Sie sind die Spezialeinheit des Immunsystems. Auch sie entstammen dem Knochenmark und vermehren sich später in den lymphatischen Organen. Man unterscheidet 3 Gruppen: T Zellen (od. T Lymphozyten), B Zellen (B Lymphozyten) und Null Zellen, wobei die Funktion dieser Zellen ungeklärt ist. T Lymphozyten Sie sind hauptsächlich für die Zerstörung virusbefallener Zellen verantwortlich. Die T Zellen gliedern sich in 3 verschiedene Arten: - Killerzellen - Helferzellen - Suppressorzellen Killerzellen, auch cytotoxische T Zellen genannt, töten Zellen, indem sie toxische Substanzen (Gifte) absondern. Wenn ein Virus in eine Zelle eindringt, so bleiben virale Proteine in der Zellmembran zurück. Mit Hilfe dieser Moleküle und mit wirtseigenen Proteinen, welche man MHC bezeichnet, kann die Killerzelle die virusbefallene Zelle entdecken und zerstören. Helferzellen sind zuständig für die Aktivierung der B Zellen, wenn Gefahr durch einen Fremdkörper droht. Suppressorzellen (od. Unterdrückerzellen) stellen die Aufseher einer Immunreaktion dar und können solch eine Abbrechen. Diese spielen bei der Transplantation von Organen eine wichtige Rolle. B Lymphozyten Substanzen, die eine Abwehrreaktion des Körpers auslösen, also im Krankheitsterreger enthalten od. von ihm produziert werden, nennt man Antigene. B Zellen sind dafür verantwortlich, dass gegen jedes einzelne Antigen ein spezifischer Antikörper gebildet wird. Dabei gehen diese eine Antigen Antikörperreaktion ein. Antigen Antikörperreaktion Die Antikörper befinden sich zunächst als Rezeptormoleküle an der Außenseite der Zellmembran. Bindet sich nun ein Antigen an diese Antikörper, wird die B - Zelle zu Vermehrung angeregt. Dies nennt man klonale Selektion. Die Zelle klont sich. Einige Klone werden zu Gedächtniszellen, und ziehen sich zurück. Sie sorgen bei erneutem Kontakt mit demselben Antigen für eine schnellere Immunreaktion. Die anderen Zellen vergrößern sich und widmen sich der Antikörperproduktion. Solche Zellen nennt man Plasmazellen. Sie sondern Antikörper (od. Immunglobuline) aus. Diese sehen wie ein T aus und bestehen aus zwei leichten und zwei schweren Polypeptidketten. Sie binden sich an das Antigen und makieren dieses somit für die Phagozyten oder zerstören die Zelle selbst.

3 Blutgruppen Die Unverträglichkeit von Blut verschiedener Menschen beruht ebenfalls auf einer Antigen Antikörper Reaktion. Die roten Blutkörperchen, auch Erythrocyten genannt, tragen auf ihrer Oberfläche Stoffgruppen, die Antigeneigenschaften besitzen. Normalerweise besitzt das Blut nur solche Antikörper, die nicht gegen die eigenen Antigene gerichtet sind. Wird bei einer Bluttransfusion nicht darauf geachtet, dass das Spenderblut die gleichen Eigenschaften wie das Empfängerblut besitzt, so kommt es zu einer Abwehrfunktion, die zu einer Agglutination, d. h. Verklebung, der Erythrocyten führt. Es gibt verschiedene Blutgruppensysteme, das wichtigste ist das AB0 System. Man unterscheidet hier vier verschiedene Antigeneigenschaften: A, B, AB und 0. Im Serum sind zwei Antikörper Agglutinin Anti A und Agglutinin Anti B vorhanden. Bei Blutgruppe A kommt Anti B und bei Blutgruppe B Anti A vor. Blutgruppe AB verfügt über kein Agglutinin und ist somit ein Universalempfänger. Blutgruppe 0 verfügt über Anti A und auch über Anti B und wirkt somit als Universalspender. Lymphatische Organe Antikörperbildung findet hauptsächlich in den lymphatischen Organen statt. Dazu gehören: der Thymus, die Lymphknoten, die Milz, die Mandeln (Tonsilien) und die Lymphfollikel in der Darmwand. Thymus Thymusbildungen kommen bei allen Wirbeltieren vor. Beim Mensch wächst er sehr stark bis zur Geburt, liegt dann als großes Organ im Brustbereich und wird mit dem Eintritt der Pubertät wieder rückgebildet. Die wesentliche Aufgabe des Thymus besteht in der Prägung der T Lymphozyten. Auf der Zelloberfläche dieser Zellen werden durch Antigenkontakt Antigenrezeptoren ausgebildet. Danach gelangen die T Zellen ins Blut und zu den anderen lymphatischen Organen, wo sie sich vermehren. Lymphknoten Sie haben die Funktion, Lymphozyten neuzubilden, aber auch Antikörper herzustellen. Dies geschieht einerseits im Keimzentrum, andererseits im Reaktionszentrum. Die Lymphknoten stellen für die durchfließenden Lymphe ein Filtersystem dar, indem mittransportierte Bakterien und Fremdkörper abgefangen werden. Die Lymphozyten bekommen so Antigenkontakt und können Antikörper bilden. An zahlreichen Stellen treten auch Lymphfollikel auf. Sie gleichen sich in Bau und Funktion mit den Lymphknoten. Gehäuft treten sie in der Wand des Verdauungstrakts auf. Auch die Mandeln od. Tonsilien sind solche Gebilde. Milz Die Milz kann mehrere Aufgaben erfüllen. In ihren Milzknötchen erfolgt die Bildung neuer Lymphozyten. Andererseits findet in ihr der Abbau der roten Blutkörperchen statt. Die Milz des Menschen ist, wenn auch in geringem Ausmaß, auch als Speicher geeignet. Bei plötzlich ansteigendem Sauerstoffverbrauch zieht sie sich zusammen (Seitenstechen). Im wesentlichen kann man zwei Abwehrmechanismen unterscheiden: 1. Unspezifische Abwehr (RESIDENZ): Diese Abwehr ist nicht auf bestimmte Krankheitserreger ausgerichtet. Zu ihre gehören Zellen, die durch Phagozytose körperfremde Substanzen unschädlich machen (Granulozyten und Makrophagen). Wirksame Faktoren sind auch Enzyme, welche Bakterienzellwände zerstören können od. die Interferone. Diese Proteine werden von virusinfizierten Zellen gebildet. Sie wirken nicht direkt auf Viren, sondern regen die befallenen Zellen und ihre Nachbarn an, weitere Proteine zu bilden, um so die Viren an ihrer Vermehrung zu hindern. Interferone steigern auch die Abwehrkraft des Körpers, indem sie die Aktivität von fast allen Bestandteilen des Immunsystems beeinflussen. Sie können die Spezialisierung bestimmter Zellen beeinträchtigen und auch die Zellteilung hemmen, so behindern sie z. B. auch die Krebszellen bei ihrer Vermehrung.

4 2. Spezifische Abwehr (IMMUNITÄT): Hierher gehören die Lymphozyten, also Zellen, welche nur ganz bestimmt Organismen angreifen und genau darauf spezialisiert sind. Angriff eines Fremdkörpers Dringt ein Fremdkörper, dies kann ein Bakterium od. ein Virus ein, so muss es zuerst erkannt werden, um eine Immunreaktion auszulösen. Jede Zelle hat eine bestimmte Anordnung von Proteinmolekülen an der Außenseite, der Oberfläche der Zellmembran. Diese zeigen den Zellen des Immunsystems, welche Zelle fremd und welche eigen ist. Wird ein solcher Körper entdeckt, stoßen zuerst die schnellen Granulozyten und die größeren, langsameren Makrophagen vor, also die allgemeine Verteidigung. Diese versuchen den Fremdling mit Hilfe der Phagozytose zu zersetzen. Dabei kann das Bakterium die Zelle angreifen und töten. Diese toten Zellen bilden nach dem Angriff den Eiter. Kann die allgem. Verteidigung nicht alleine siegen, dann fordern die Makrophagen mit Hilfe von Lymphokinen Verstärkung, die T - Lymphozyten an, die genauso wie alle anderen Leukozyten im Blut zirkulieren. Nun muss eine T Zelle mit passendem Rezeptor gefunden werden. Wird sie gefunden, klinkt sich die Zelle, wie ein Schlüssel ins Loch, in das Antigen ein. Der Lymphozyt wird aktiv und teilt sich in die vorher erwähnten Zellen: Killerzellen, Helferzellen und Supressorzellen. Diese versuchen den Fremdkörper zu vernichten. Eine T Helferzelle sucht sich eine Makrophage, welche Reste eines verdauten Antigens auf ihrer Ausßenseite trägt. Wird sie fündig, alamiert sie dir B Zellen und regt sie zum Klonen an. Diese produzieren Antikörper und versuchen so als letzte Einheit den Eindringling zu vernichten. Ist der Kampf gewonnen, werden die letzten Überreste noch von den Phagozyten verdaut, oder zu den lymphatischen Organen gesendet, um die nächsten Lymphozyten zu trainieren. Interleukin 2 Die Massenvermehrung der Zellen im Immunsystem steuert das IL 2, die erste im Immunsystem gefundene Substanz, welche wie ein Hormon wirkt. Das IL 2 ist für eine Immunabwehr unerläßlich. Beim Präsentieren eines Erregers durch eine Makrophage, werden T Zellen stimuliert, Interleukin auszuschütten und IL 2 Rezeptoren herzustellen. Diese geben das Signal zur Teilung. Dabei wirkt das Molekül wie ein Schalter, der die Zelle ein und aus schaltet. Für die Regulation der Teilung ist die Dauer des Kontaktes zwischen IL 2 und dem Rezeptor wichtig. Eine Zelle teilt sich erst, wenn sie mehrere Stunden lang etliche Rezeptorkontakte mit IL 2 hatte. Das IL 2 legt auch fest, welche Zellen bei einer Immunantwort mitwirken. Es wird auch bei der Behandlung von bestimmten Krankheiten und Krebsen eingesetzt, da es eben die Vermehrung der Immunzellen fördert. Das IL 2 ist ein Protein und besteht aus einer Kette von 133 Aminosäuren. Der IL 2 Rezeptor ist auch ein Protein, das aus 2 unterschiedlichen Aminosäuren besteht. Um der T Zelle ein Signal zu schicken, muss das IL 2 Molekül mit beiden Ketten eine Bindung eingehen. Viren Das Wort Virus stammt aus dem lateinischen und bedeutet soviel wie Schleim, Gift. Viren können sich ausschließlich im Inneren einer lebenden Zelle vermehren. Deshalb werden sie auch Zellparasiten genannt. Viren sind nicht zur Selbstvermehrung befähigt. Die Krankheitserreger dringen in eine sogenannte Wirtszelle ein, schleusen ihre Nukleinsäurestruktur in dieselbe ein, welche den Wirt zum Nachbau des Virusmodells zwingt. Aufgrund dieser Tatsache vermehrt sich das Virus nicht selbst, sondern die befallene Zelle bildet Virussubstanzen, die viele Virusteilchen bilden und damit das Virus vermehren. Das Vermehrungsprinzip ist in fünf Phasen eingeteilt: 1. Adsorption: Das Virus heftet sich an passende Rezeptoren der Zelloberfläche mittels RDE, das ist ein Enzym, an. 2. Penetration: Das Eindringen des Virus erfolgt nun druch Pinozytose. 3. Organisation: In dieser Phase werden die Virusteile zerlegt, bis zum Freiwerden der Nukleinsäure. Diese schaltet den Energiestoffwechsel der Wirtszelle um und organisiert die Synthese von Virusvorstufen. In diesem Stadium ist der in der Zelle eingedrungene Virus nicht nachweisbar. 4. Maturation: Nun entstehen durch Zusammenfügen von Virusnukleinsäuren und Virusproteinen wieder voll infektionsfähige Viren. 5. Liberation: Diese Viren verlassen nun die Zelle und können neue befallen.

5 Die Folgen: - Der Zelltot tritt duch blockieren der Synthesenvorgänge innerhalb der Zelle ein - Der Virus führt zu einer ungehemmten Zellteilung und wird in die Erbinformation des Wirtes eingebaut und auf Tochterzellen weitervererbt. Aktive und passive Immunisierung 1. Aktive: Wenn man einen Menschen einmal geringfügig infiziert, erreicht er Jahre, oft ein Leben lang den Zustand der Immunität. So regt man den Körper aktiv zur Bildung von Antikörper an. Dies kann nicht nur mit abgeschwächten, sondern auch mit abgetöteten Erregern bezwecken. 2. Passive: Wenn ein Mensch bereits infiziert ist, ist es für die aktive Immunisierung zu spät. Hierbei wird dem Kranken ein Blutserum geimpft, dass vorher gegen den Erreger resistent gemacht wurde. Der Organismus hat nichts mehr zu tun, denn das Serum ist schon mit Antikörper angereichert, das den Krankheitserreger vernichtet. Dieser Schutz hält allerdings nur 3 4 Wochen. Hierbei gibt es auch eine natürliche Form, die sogenannte angeborene Immunität. Jedes Kind ist bei der Geburt gegen einige Krankheiten wie Scharlach, Masern immun. Es hat die Abwehrstoffe von der Mutter geerbt. Diese Form der Immunität verschwindet aber nach einigen Monaten wieder. Allergie Eine Allergie ist eine Überreaktion des Immunsystems. Die Reaktion hängt vom Antigen ab. Bestimmte Lymphokine erweitern die Blutgefäße und erhöhen die Blutzufuhr, während andere die Gefäße durchlässiger machen, so dass Serum und Blutzellen in das umliegende Gewebe eindringen. Diese Reaktion bringt die drei Entzündungen Rötung, Wärme und Schwellung mit sich. Andere Lymphokine wiederum aktivieren Makrophagen, die sich am Ort der Entzündung ansammeln. Normalerweise können T Zellen körperfremde Stoffe erkennen, wenn dies aber doch nicht funktioniert, können eigentlich harmlose Stoffe für gefährliche Bedrohungen gehalten werden, das dann eine Allergie ist. Das Immunsystem kann sich aber auch gegen den eigenen Körper richten. Das ist die sogenannte Autoimmunität. Das kann passieren, wenn ein Oberflächenmerkmal einer körpereigenen Zelle eines Virus oder Bakteriums ähnelt oder wenn durch Einfluß eines Virus die Oberfläche einer Gewebszelle verändert wird. Das sind die Ursachen der Autoimmunität. AIDS (aquired immuno deficiency syndrom) AIDS ist ein Defektzustand des Immunsystems. Bevor AIDS ausbricht, muss man mit dem HI Virus (human immun virus) angesteckt werden. Für Personen mit AIDS können fast alle Infektionskrankheiten lebensbedrohlich sein und sie sind besonders anfällig für Tumore. Zwei Punkte für das Fortschreiten des HI Virus sind: Er vermehrt sich leicht, indem der Helferzellen dezimiert und durch Fluchtmutanten entgeht er einige Zeit der Bekämpfung und kann sich rasch vermehren. Tumorimmunologie Krebs wird durch Röntgenstrahlen, chemischen Substanzen, Mikrowellen und UV Strahlen hervorgerufen. Er beruht auf einer Fehlfunktion von Körperzellen, die sich durch übermäßiges Zellwachstum, Zellteilung und Lebensdauer von anderen Körperzellen unterscheiden. 1. Gutartige Tumore: Ähneln ihrem Aufbau und ihrem Verhalten stark dem Gewebe, dem sie abstammen und sind durch langsames Wachstum und normaler Kernteilung gekennzeichnet. 2. Bösartige (oder maligne) Tumore: Entziehen sich der körpereigenen Wachstumskontrolle und führen in relativ kurzer Zeit zu lebensbedrohlichen Situationen.

6 Bekämpft wird der Tumor einerseits durch Operationen, doch kann sich ein Tumor in andere Körperteile bewegen, wo er nicht gefunden wird. Andererseits greift man zur Chemotherapie. Dabei werden durch Strahlen gewebszersetzende Stoffe ausgelöst. Leider werden hierbei auch gesunde Zellen beschädigt. Am sinnvollsten ist es, beide Methoden zu kombinieren.