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B978-3-437-41397-1.00008-0

10.1016/B978-3-437-41397-1.00008-0

978-3-437-41397-1

Abb. 8.1

[L253]

MHC-I und MHC-II

Abb. 8.2

[L253]

Beladung von MHC-I und MHC-II

Abb. 8.3

[L253]

T-Zell-Rezeptor

Abb. 8.4

[L253]

Reifung der T-Lymphozyten

Abb. 8.5

[L253]

Interaktion zwischen B-Lymphozyt und T-Helferzellen

Abb. 8.6

[L253]

Grundstruktur eines Antikörpers

Abb. 8.7

[L253]

Somatische Rekombination

Abb. 8.8

[L253]

Antikörper vom Typ IgA

Abb. 8.9

[L253]

Antikörper vom Typ IgM

Abb. 8.10

[L253]

Bildung des Membranangriffskomplexes über den klassischen und den alternativen Aktivierungsweg

Vergleich MHC-I vs. MHC-II

Tab. 8.1
MHC-I MHC-II
Wo? Alle kernhaltigen Zellen Antigenpräsentierende Zellen (B-Zelle, Makrophage, dendritische Zelle)
Was wird präsentiert? Proteine der Zelle Phagozytierte Krankheitserreger
Ort der Beladung Raues ER Endosom
Struktur α-Kette in Membran und angelagertes β2-Mikroglobulin α- und β-Kette in Membran

Übungstabelle: Vergleich MHC-I vs. MHC-II

Tab. 8.2
MHC-I MHC-II
Wo?
Was wird präsentiert? Phagozytierte
Ort der Beladung
Struktur

Übungstabelle: Akute-Phase- vs. Anti-akute-Phase-Proteine

Tab. 8.3
Protein Akute-Phase- oder Anti-akute-Phase-Protein
Caeruloplasmin
Albumin
Ferritin
CRP
Transferrin
Haptoglobin

Immunsystem

  • 8.1

    Antigene226

  • 8.2

    Zellen des Immunsystems226

  • 8.3

    Antikörper231

  • 8.4

    Komplementsystem234

  • 8.5

    Übungen236

Das ImmunsystemImmunsystem soll uns vor Krankheitserregern schützen. Dafür muss es diese zunächst einmal erkennen. Es ist im Grunde ein ähnlicher Konflikt wie bei der Hämostase: Die Blutgerinnung muss aktiv genug sein, um auf Verletzungen schnell reagieren zu können, darf aber nicht so aktiv sein, dass sich grundlos Thromben bilden. Das Immunsystem muss aktiv genug sein, um Krankheitserreger schnell unschädlich zu machen, darf aber nicht so aggressiv sein, dass es auch körpereigene Zellen angreift. Diese Regulation wird umso einfacher, je besser das Immunsystem körperfremde von körpereigenen Zellen unterscheiden kann, weshalb uns diese Unterscheidung im Verlauf des Kapitels öfter begegnen wird.

Unser Immunsystem kann man grob in zwei Komponenten einteilen:

  • Damit das Neugeborene nicht schutzlos auf die Welt kommt, gibt es eine angeborene, unspezifische Immunabwehr.

  • Im Laufe unseres Lebens entwickelt sich die erworbene, spezifische Immunabwehr. Sie steht zwar langsamer als die unspezifische Abwehr zur Verfügung, ermöglicht dem Körper aber eine effektivere Verteidigung gegen Krankheitserreger und kann nach Kontakt mit manchen Krankheitserregern zu einer dauerhaften Immunität führen.

Achtung

Die Einteilung in humorale (in Wasser gelöste) und zelluläre Immunantwort hat nichts mit der Einteilung in angeborene und erworbene Immunantwort zu tun. Sowohl angeborene als auch erworbene Immunantwort bestehen aus zellulären und humoralen Komponenten.

Den Abschluss unseres Kapitels zum Immunsystem bildet das Komplementsystem, das ein bisschen zwischen beiden Gruppen steht: Es ist zwar Teil der angeborenen Immunabwehr, kann aber von der erworbenen Immunabwehr zur Hilfe gerufen werden.

Für die Klausur

Bei der Reaktion des Immunsystems kommt es immer zu einer vermehrten Expression von Proteinen, die Akute-Phase-ProteineAkute-Phase-Proteine genannt werden. Zu ihnen zählen u. a. das C-reaktive Protein (CPR), Haptoglobin, Ferritin, Caeruloplasmin und Fibrinogen. Andere Proteine, die Anti-akute-Phase-ProteineAnti-akute-Phase-Proteine, zeigen sinkende Serumkonzentrationen, wie etwa Albumin und Transferrin.

Warum verändern sich die Konzentrationen von Proteinen des Eisenstoffwechsels während der akuten Phase? Der Körper will verhindern, dass die Bakterien Eisen, das sie für ihre Enzyme benötigen, aus dem Blut erhalten. Deshalb exprimiert er verstärkt Proteine, die Eisen aus dem Blut entfernen oder es in den Zellen speichern (Ferritin etc.), und reduziert die Expression von Proteinen, die das Eisen im Blut transportieren (Transferrin).

Antigene

Substanzen, Antigendie eine Aktivierung des Immunsystems auslösen, werden Antigene genannt.

Für Ahnungslose

Was haben Antigene mit Genen zu tun? Der Entstehung des Begriffs ist etwas komplex, aber ihr könnt euch Antigen als Kurzform von Antibody-Generators merken, also Substanzen, welche die Bildung von Antikörpern anregen. Die Bildung von Antikörpern ist wiederum ein wichtiger Teil der Immunantwort.

Grundsätzlich gilt, dass große Moleküle mit einer einzigartigen, komplexen Struktur es dem Immunsystem einfach machen, dieses Molekül als fremd zu identifizieren. Folglich führen v. a. Proteine als Antigene zu starken Immunreaktionen, aber auch Lipide und Kohlenhydrate können als Antigene fungieren. Auch manche kleineren Moleküle können als Antigene wirken, wenn sie an ein körpereigenes Protein binden. Diese Komplexe aus kleinem Molekül und Protein werden dann vom Immunsystem erkannt. Man bezeichnet die kleinen Moleküle, die nur zusammen mit körpereigenen Proteinen eine Immunreaktion auslösen können, nicht als Antigene, sondernHapten als Haptene.

Lerntipp

Haptene sind halbe Antigene!

Werden Antikörper gebildet, die ein Antigen binden können, binden diese natürlich nicht das ganze Molekül, sondern nur einen kleinen Bereich, der Epitop genannt wird. Manche Antigene können auch mehrere verschiedene Epitope für Antikörper, die auf unterschiedliche Strukturen zielen (unterschiedliche Spezifitäten), besitzen.

Zellen des Immunsystems

Die Entstehung der Zellen des ImmunsystemsImmunsystemZellen und ihre Konzentration im Blut haben wir schon im letzten Kapitel besprochen, sodass jetzt nur noch ihre Funktion zu klären ist. Den Anfang machen die Zellen, die Teil der unspezifischen Abwehr sind.

Neutrophile Granulozyten

Wie die anderen GranulozytenGranulozyten auch, sind die NeutrophilenNeutrophile Teil der unspezifischen Abwehr. Aggregate von neutrophilen Granulozyten sind der Hauptbestandteil von Eiter, derEiter besonders bei bakteriellen Infektionen entsteht. Die Aufgabe der Neutrophilen ist dementsprechend v. a. die Abwehr von Bakterien.
Was macht ein Neutrophiler, wenn er auf ein Bakterium trifft? Er phagozytiert es. Aber nur weil sich das Bakterium auf einmal im Inneren des Neutrophilen befindet, ist es noch lange nicht tot. Die Neutrophilen enthalten deshalb Enzyme, die Bakterienbestandteile direkt spalten können (z. B. Lysozym und Elastase). Diese können teilweise auch aus dem Neutrophilen sezerniert werden, um den Bakterien schon vor der Aufnahme zu schaden. Zudem besitzt der Neutrophile Enzyme, die reaktive Sauerstoffspezies erzeugen können (NADPH-Oxidase), die dann von der Myeloperoxidase zur Synthese der bakteriziden hypochlorigen Säure (HClO) genutzt werden. In diesem Zusammenhang solltet ihr euch merken, dass es Enzyme namens SuperoxiddismutaseSuperoxiddismutase gibt, deren wichtigster Vertreter Kupfer benötigt.
Da der Neutrophile natürlich auch Verstärkung holen möchte, setzt er zudem EntzündungsmediatorenEntzündungsmediatoren, wie die Leukotriene, frei.

Für Ahnungslose

Wie kann der neutrophile Granulozyt Verdauungsenzyme enthalten, ohne dass diese ihn selbst verdauen? Manche dieser Enzyme spalten nur Bakterienbestandteile, sind also für den Neutrophilen ungefährlich. Andere, weniger spezifische Enzyme werden in speziellen Organellen, den Lysosomen, sicher verwahrt. Diese verschmelzen dann mit dem Phagosom, in welches das Bakterium bei der Phagozytose verpackt wird, und bleiben so von den restlichen Zellbestandteilen getrennt.

Eosinophile Granulozyten

Die EosinophilenEosinophile solltet ihr euch v. a. im Zusammenhang mit der Abwehr von Parasiten (und wegen ihrer Beteiligung bei allergischen Reaktionen) merken.

Lerntipp

Neben den Eosinophilen sind die Antikörper vom Typ IgE ebenfalls an der Parasitenabwehr beteiligt.

Eosinophile und IgE helfen gegen Eklige Parasiten!

Basophile Granulozyten

Die BasophilenBasophile sind die seltensten Granulozyten. Ihre Funktion ist nicht genau geklärt (sie werden ebenfalls mit Allergien und Parasiten in Verbindung gebracht), aber sie enthalten Granula – und deren Inhalt solltet ihr kennen: Histamin, Heparin und Serotonin!

Monozyten/Makrophagen

MonozytenMonozyten sind die Vorstufen der MakrophagenMakrophage. Makrophagen kommen nicht nur im Blut, sondern auch im Gewebe vor und ähneln in ihrer bevorzugten Arbeitsweise den Neutrophilen: Sie phagozytieren ihre „Opfer“.

Achtung

In einigen Geweben haben Makrophagen spezielle Namen (Kupffer-Zellen in der Leber, Mikroglia im Gehirn). Es handelt sich aber trotzdem um die gleichen Zellen.

Im Zusammenhang mit Makrophagen und Neutrophilen sollte man auch den Begriff OpsonierungOpsonierung kennen. Normalerweise erkennen die phagozytierenden Zellen Moleküle oder Strukturen innerhalb von Molekülen, die auf Krankheitserregern gehäuft auftreten, sogenannte PAMPs (Pathogen-Associated Molecular PatternsPathogen-Associated Molecular Patterns). Manche Krankheitserreger sind allerdings geschickt und geben sich nicht so leicht zu erkennen. Erst wenn andere Komponenten des Immunsystems, z. B. Antikörper oder Faktoren des Komplementsystems, an sie gebunden haben, sind sie für die Phagozyten sichtbar. Dieses „Erkennbarmachen“ bezeichnet man auch als Opsonierung. Prüfungsrelevante Substanzen zur Opsonierung sind zum einen Antikörper, zum anderen aber auch Faktoren des Komplementsystems, v. a. C3b.
Neben dieser zielgerichteten Aktivierung der Makrophagen auf einen Fremdkörper können sie auch relativ unspezifisch in Alarmbereitschaft versetzt werden. Eine der wichtigsten Substanzen ist Interferon γ, ein Zytokin, das grundsätzlich bei Entzündungen freigesetzt wird. Interleukin 1, das sogar von Makrophagen gebildet wird, hat denselben Effekt.

Für Ahnungslose

Was sind Zytokine? ZytokineZytokine sind kleine Proteine, die das Wachstum von Zellen beeinflussen und auf ihre Differenzierung Einfluss nehmen können. Die Abgrenzung zu Hormonen und Wachstumsfaktoren ist dementsprechend nicht ganz eindeutig.

Übrigens: Makrophagen können, um gegen Bakterien vorzugehen, StickstoffmonoxidStickstoffmonoxid (NO) synthetisieren, das ihr bereits als Vasodilatator kennengelernt habt.

Mastzellen

MastzellenMastzelle sollten euch v. a. aufgrund ihrer Funktion bei AllergienAllergie im Gedächtnis bleiben. Wenn man über die Funktionsweise von Mastzellen Bescheid weiß, kann man sich auch erklären, warum anaphylaktische Reaktionen in der Regel bei mehrmaligem Kontakt mit der auslösenden Substanz (AllergenAllergen) schlimmer werden: Bei den ersten Kontakten mit dem Allergen beginnt der Körper erst Antikörper (v. a. vom Typ IgE) zu bilden. Liegen diese Antikörper im Blut vor, kommen beim nächsten Kontakt mit dem Allergen die Mastzellen ins Spiel: Sie nutzen die Antikörper quasi als Rezeptoren. Wenn die Antikörper das Allergen binden, entleeren die Mastzellen ihre Granula und es kommt zur anaphylaktischen Reaktion.
Was ist in den Granula der Mastzellen enthalten? Dasselbe, was man auch in den Granula der basophilen Granulozyten findet, die ebenfalls an allergischen Reaktionen beteiligt sind: Histamin, Heparin und Serotonin!

Lymphozyten

Während die bisherLymphozyten besprochenen Zellen v. a. der angeborenen Abwehr zuzuordnen waren und höchstens gelegentlich mit der erworbenen Abwehr interagieren, sind die nun folgenden Zellen essenzielle Bestandteile der erworbenen, spezifischen Immunreaktion.
Natürliche Killerzellen
Wie immer gibt es keine Regel ohne Ausnahme: Obwohl die natürlichen Killerzellennatürliche Killerzellen (NK-Zellen) sich wie B- und T-Lymphozyt von lymphatischen Vorläuferzellen ableiten, gehören sie zur unspezifischen Abwehr. T-Killerzellen schauen nach, ob eine Zelle MHC-I-Moleküle auf ihrer Oberfläche exprimiert. Tut sie das nicht, wird sie zur Apoptose gezwungen.
Exkurs: MHC-Moleküle
Was sind MHC-MoleküleMHC-Moleküle und warum muss eine Zelle eliminiert werden, wenn sie kein MHC-I exprimiert?
MHC steht für Major Histocompatibility ComplexMajor Histocompatibility Complex (HaupthistokompatibilitätskomplexHaupthistokompatibilitätskomplex; entscheidet über die Kompatibilität von Geweben bei Transplantationen). Eine weitere häufig verwendete Bezeichnung für den MHC des Menschen ist HLA (Human Lymphocyte AntigenHuman Lymphocyte Antigen).
Bei MHCs handelt es sich um Proteine, die auf der Oberfläche von Zellen sitzen und kurze Proteinfragmente präsentieren. Die MHC-Proteine des Menschen zeigen einen starken genetischen Polymorphismus, sehen also bei keinem Menschen (außer eineiigen Zwillingen) exakt gleich aus. Man unterscheidet MHC-I und MHC-II (Tab. 8.1):
  • MHC-I-Moleküle befinden sich auf allen kernhaltigen Zellen. Sie präsentieren Proteine, die von der Zelle selbst synthetisiert wurden. Diese werden im Proteasom in handliche Teile gespalten und dann im rauen ER auf die MHC-I-Moleküle geladen. Warum das Ganze? Manche Krankheitserreger dringen in Zellen ein und sind dann für die Zellen des Immunsystems unsichtbar. Deshalb zeigt die Zelle über MHC-I-Moleküle, welche Proteine in ihr produziert werden. Sieht das Immunsystem, dass die Zelle Proteine herstellt, die sie eigentlich nicht herstellen sollte (körperfremd), wird sie – inkl. Krankheitserreger im Inneren – getötet.

    Manche Krankheitserreger zwingen deshalb die Zelle dazu, weniger MHC-I zu exprimieren. Das Immunsystem weiß aber: Wenn eine Zelle kein MHC-I exprimiert, hat sie etwas zu verbergen, und die natürlichen Killerzellen töten sie … sicher ist sicher! Leider müsst ihr auch die Struktur des MHC-I-Moleküls kennen: Es besteht aus einer α-Kette, die durch die Membran ragt, und einem angelagerten (aber nicht kovalent gebunden) β2-Mikroglobulin (Abb. 8.1).

  • MHC-II-Moleküle befinden sich nur auf Zellen, die darauf spezialisiert sind, Antigene zu präsentieren. Zu diesen zählen dendritische Zellen sowie aktivierte Makrophagen und B-Zellen. Diese Zellen phagozytieren Krankheitserreger sowie deren Proteine über MHC-II. Alle phagozytierten Substanzen landen zunächst einmal im Endo- bzw. Phagosom. Dort werden sie auch direkt auf die MHC-II-Moleküle geladen (Abb. 8.2). Im Gegensatz zu B-Zellen und Makrophagen, die auch noch andere Aufgaben erfüllen, ist die Hauptaufgabe der dendritischen Zellen tatsächlich die Antigenpräsentation über MHC-II.

    Zur Struktur von MHC-II: Es besteht aus zwei Ketten, α und β, die beide in der Membran verankert sind (Abb. 8.1).

B-Lymphozyten
Die B-LymphozytenB-Lymphozyten entwickeln sich im Knochenmark und reifen auch dort (B = Bone … auch wenn es sich eigentlich von Bursa Fabricii ableitet). B-Lymphozyten haben eine Aufgabe: Wenn sie einen Krankheitserreger erkennen, sollen sie sich zur sogenannten Plasmazelle differenzieren und gegen ihn Antikörper produzieren.
Um Antigene zu erkennen, besitzt der B-Lymphozyt einen B-Zell-Rezeptor. Dabei handelt es sich um einen membrangebundenen Antikörper. Dieser Antikörper (vom Typ IgM oder IgD) kann Antigene einfach so erkennen und muss diese nicht über MHC präsentiert bekommen. Hat der B-Lymphozyt ein Antigen erkannt, wird es phagozytiert und über MHC-II präsentiert. Erkennt nun ein passender T-LymphozytT-Lymphozyten das Antigen, aktiviert er den B-Lymphozyten (u. a. über Interleukin 4). Der B-Lymphozyt vermehrt sich daraufhin, um gegen das Antigen vorgehen zu können (klonale Expansion), und differenziert sich zur Plasmazelle, die Antikörper produziert.
Nachdem die Gefahr gebannt ist, bilden sich B-GedächtniszellenB-Gedächtniszellen, um schneller Antikörper bilden zu können, falls das Antigen erneut im Körper vorkommt.

Für Ahnungslose

Haben die PlasmazellenPlasmazelle ihren Namen erhalten, weil sie viel Zytoplasma besitzen? Nein, sie produzieren viele Proteine und besitzen dafür viel endoPLASMAtisches Retikulum. Schließlich werden die sekretorischen Proteine (Antikörper werden aus der Zelle ausgeschieden) an den Ribosomen des rauen endoplasmatischen Retikulums synthetisiert.

T-Lymphozyten
T-LymphozytenT-Lymphozyten werden ebenfalls im Knochenmark gebildet, reifen aber im Thymus. Ein T-Lymphozyt besitzt ebenfalls einen Rezeptor, den T-Zell-Rezeptor (Abb. 8.3), muss seine Antigene aber über MHC-Moleküle präsentiert bekommen, um sie zu erkennen.
Die T-Zell-Rezeptoren sehen sehr unterschiedlich aus und richten sich jeweils nur gegen ein Antigen. Entsprechend gibt es, wie bei den MHC-Molekülen, einen ausgeprägten genetischen Polymorphismus, damit auch jedes körperfremde Antigen von T-Zell-Rezeptoren erkannt werden kann. Der T-Zell-Rezeptor selbst ist ein Heterodimer, das zudem mit einem Co-Rezeptor namens CD3 kooperiert. CD3 kommt nur auf T-Zellen vor und kann deswegen als Marker für T-Lymphozyten verwendet werden.

Für Ahnungslose

Was ist ein Heterodimer? Ein HeterodimerHeterodimer ist ein Molekül, das aus zwei Teilen besteht, die aber unterschiedlich sind. Wären sie gleich, würde man von einem HomodimerHomodimer sprechen. Im Fall des T-Zell-Rezeptors sind es eine α- und eine β-Kette.

Bevor ein T-Lymphozyt seiner eigentlichen Bestimmung nachgehen kann, muss er im Thymus erst einmal darauf vorbereitet werden (Reifung; Abb. 8.4). Diese Vorbereitung ist zweischrittig:
  • 1.

    Der T-Lymphozyt bekommt von Thymusepithelzellen MHC-Moleküle präsentiert und muss diese mit der richtigen Affinität binden, sonst wird er in die Apoptose geschickt.

  • 2.

    Der T-Lymphozyt bekommt von dendritischen Zellen körpereigene Proteine präsentiert und darf diese nicht als fremd erkennen, sonst wird er in die Apoptose geschickt.

Hat er diese beiden Prüfungen bestanden, darf er als naive, also noch nicht aktivierte T-Zelle in die Blutbahn. Nun können wir uns mit der Funktion befassen. Dabei unterscheidet man zwei verschiedene T-Lymphozyten:
  • Zytotoxische T-LymphozytenT-Lymphozytenzytotoxische bzw. T-KillerzellenT-Killerzellen (nicht verwechseln mit natürlichen Killerzellen!) erkennen Antigene, die ihnen über MHC-I-Moleküle präsentiert werden. Handelt es sich dabei um ein körperfremdes Antigen (weil sich ein Krankheitserreger in der Zelle eingenistet hat), wird die Zelle getötet, indem sie z. B. in die Apoptose geschickt wird.

    Um die Bindung des zytotoxischen T-Lymphozyten an die Zelle mit MHC-I zu stabilisieren, besitzt er einen Hilfsrezeptor namens CD8.

  • T-HelferzellenT-Helferzellen interagieren dagegen mit den MHC-II-Molekülen, z. B. von B-Lymphozyten (Abb. 8.5). Auch sie nutzen zur Stabilisierung dieser Bindung einen Hilfsrezeptor, das CD4. Neben dem bereits angesprochenen Interleukin 4 setzen sie dabei auch noch Interleukin 2 frei, um weitere T-Lymphozyten zu aktivieren. T-Helferzellen tragen ihren Namen also, weil sie B-Lymphozyten bei der klonalen Expansion und der Differenzierung zur Plasmazelle helfen.

Für Ahnungslose

Wofür steht „CD“? CD steht für Cluster of DifferentiationCluster of Differentiation. Moleküle, die so bezeichnet werden, finden sich auf der Oberfläche von Zellen, wo sie verschiedenste Funktionen haben können. Sie kommen nicht nur auf Zellen des Immunsystems vor und können sogar genutzt werden, um Zellen zu identifizieren.

Für das Immunsystem gilt:

  • Alle T-Lymphozyten tragen CD3.

  • T-Helferzellen tragen CD4 und interagieren mit MHC-II (Merkhilfe 2 × 4 = 8).

  • T-Killerzellen tragen CD8 und interagieren mit MHC-I (Merkhilfe 1 × 8 = 8).

Bitte bedenkt aber immer, dass der T-Zell-Rezeptor das über das MHC-Molekül präsentierte Antigen bindet. CD4 und CD8 dienen nur zur Unterstützung!

Übrigens: Einige T-Lymphozyten werden ebenfalls zu T-GedächtniszellenT-Gedächtniszellen, um für zukünftige Angriffe gewappnet zu sein, während sich andere zu regulatorischen T-Lymphozyten differenzieren, die das Immunsystem bei Bedarf etwas bremsen.

Antikörper

Bei der erworbenen Immunabwehr geht es v. a. darum, die passenden B-Lymphozyten dazu zu bringen, sich zu vermehren, zu differenzieren und Antikörper zu produzieren. AntikörperAntikörper werden auch ImmunglobulineImmunglobulin (Ig) genannt. Jeder Antikörper passt zu genau einem Antigen; es handelt sich also um eine ziemlich spezifische Bindung.

Struktur

AntikörperAntikörperStruktur sind Glykoproteine, ImmunglobulinStrukturderen Grundstruktur aus zwei identischen leichten und zwei identischen schweren Ketten besteht (L-Kette = light und H-Kette = heavy), die über Disulfidbrücken verbunden sind (Abb. 8.6). Die Anordnung der Ketten erinnert dabei an ein Y.
Man kann zudem konstante Domänen (am carboxyterminalen Ende) von variablen Domänen (am aminoterminalen Ende) unterscheiden. Sowohl leichte als auch schwere Ketten sind am Aufbau von konstanter und variabler Domäne beteiligt.

Für Ahnungslose

Warum gibt es konstante und variable Domänen? Die konstanten Domänen können vom Körper auf die immer gleiche Weise synthetisiert werden, zumindest für die einzelnen Antikörperklassen. Die variablen Domänen sind notwendig, damit die Antikörper an die unterschiedlichen Antigene, mit denen der Körper in Kontakt kommen kann, binden können.

Eine weitere wichtige Unterteilung ergibt sich, wenn man Antikörper mit dem Enzym Papain (aus der Papaya) spaltet. Es entstehen zwei Teile:
  • Die Fab-Fragmente (Fragment Antigen Binding) enthalten u. a. die variablen Domänen der leichten und schweren Ketten. Da sich am Ende der beiden variablen Domänen (an den beiden „Ärmchen“ des Y) auch die Regionen zur Bindung der Antigene befinden (Paratope), können die Fab-Fragmente Antigene erkennen. Um die vielen durch Antikörper vermittelten Reaktionen auszulösen, sind sie allerdings auf das andere Spaltprodukt des Papains angewiesen.

    Die Bindung eines Antigens erfolgt übrigens nicht über eine kovalente Bindung, sondern über schwächere intermolekulare Kräfte wie z. B. hydrophobe Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Kräfte oder Wasserstoffbrücken.

  • Die Fc-Fragmente (Fragment Crystallizable) bestehen nur aus schweren Ketten. Sie spielen zwar bei der Bindung von Antigenen keine Rolle, vermitteln aber die Bindung z. B. zu Makrophagen und bewirken die Aktivierung des Komplementsystems.

Die Stelle, an der Papain den Antikörper spaltet, wird auch Gelenkregion genannt. Diese Region bringt Bewegung ins Molekül und ermöglicht es ihm, den Winkel zwischen den Y-Armen zu verändern. Dies ist notwendig, wenn er zwei Epitope auf demselben Molekül, die natürlich eine bestimmte Entfernung voneinander haben, binden will.
Die enorme Vielfalt von Antikörpern, die synthetisiert werden können, wird möglich, indem die vorhandenen Gene zu verschiedenen Antikörpern kombiniert werden können (somatische Rekombination). Schließlich muss für jedes mögliche Epitop eines Krankheitserregers ein passender Antikörper gebildet werden können (Abb. 8.7).

Für die Klausur

Um euch die unterschiedlichen Strukturmerkmale eines Antikörpers besser einzuprägen, versucht am besten einmal, Abb. 8.6 zu zeichnen und zu beschriften.

Klassen

Es gibt fünf verschiedene AntikörperklassenImmunglobulinKlassenAntikörperKlassen. Die Zugehörigkeit eines Antikörpers zu einer der Klassen wird durch seine schwere Kette bestimmt:
  • α = IgA

  • γ = IgG

  • δ = IgD

  • ɛ = IgE

  • μ = IgM

Bei den leichten Ketten gibt es zwei verschiedene Ausführungen, κ (= Kappa) oder λ (= Lambda). Jedes Paar schwerer Ketten kann sowohl mit κ- als auch mit λ-Leichtketten kombiniert werden.

Achtung

Aber nicht vergessen: Leichte und schwere Ketten eines Antikörpers sind jeweils identisch. Er enthält also entweder zwei κ- oder zwei λ-Ketten.

Die unterschiedlichen Antikörperklassen haben unterschiedliche Funktionen. Ihr solltet aber v. a. wissen, dass bei einer Reaktion gegen ein neues Antigen zunächst immer IgM produziert wird. Erst später wird ein Class-Switch durchgeführt, sodass die Antikörperklasse synthetisiert wird, die für die Aufgabe am sinnvollsten ist:
  • Antikörper vom Typ IgA kämpfen an den Außengrenzen unseres Körpers (z. B. Tränenflüssigkeit, Speichel und Muttermilch). IgA wird als Dimer sezerniert (Abb. 8.8). Es handelt sich also eigentlich um zwei Antikörper, die über ein Joining (J) Peptid verbunden sind. Zudem enthält ein IgA-Dimer eine sekretorische Komponente (SC-Kette), die es vor dem Abbau schützt. Da es im Epithel keine Plasmazellen gibt, werden die IgA, die sezerniert werden sollen, von Plasmazellen unter dem Epithel produziert und dann durch das Epithel nach außen transportiert.

  • Antikörper vom Typ IgG sind Monomere und die häufigsten Antikörper im Blut. Neben ihren vielfältigen Aufgaben (Aktivierung des Komplementsystems, Neutralisierung von Toxinen, Opsonierung etc.) solltet ihr euch v. a. merken, dass sie aufgrund einer Besonderheit in ihrem Fc-Fragment plazentagängig sind, also in das Blut des ungeborenen Kindes gelangen und diesem so bei der Abwehr von Krankheitserregern helfen können, obwohl das Kind selbst noch gar keine erworbene Abwehr besitzt. Im Zusammenhang mit der Plazentagängigkeit von IgG sollte man den Morbus hämolyticus neonatorumMorbus hämolyticus neonatorum kennen, der meist zusammen mit dem Rhesusfaktor im Rahmen der Biologie besprochen wird.

  • Über Antikörper vom Typ IgD ist nur wenig bekannt. Ihr solltet aber auf jeden Fall wissen, dass sowohl IgD als auch IgM als Rezeptor auf B-Zellen vorkommen können.

  • Auch zu IgE gibt es nicht so viel zu sagen. Ihr wisst bereits, dass es der Abwehr von Parasiten dient. Zudem kann es an allergischen Reaktionen beteiligt sein.

  • Zu IgM gibt es wieder einige wissenswerte Fakten: Es handelt sich um ein Pentamer (besteht aus 5 Antikörpern), das wie das Dimer IgA über ein J-Peptid zusammengehalten wird (Abb. 8.9). Wenn ein Antikörper eigentlich aus 5 Antikörpern besteht und damit 10 Epitope binden kann, könnt ihr euch denken, dass er gut geeignet ist, um zur Agglutination (Verklumpung) von Antigenen beizutragen. Die Agglutinate wiederum eignen sich hervorragend dazu, das Komplementsystem zu aktivieren.

    Dass Plasmazellen nach ihrer Differenzierung aus der B-Zelle zunächst IgM produzieren, wisst ihr bereits, und als letzten Fakt solltet ihr euch merken, dass auch die Antikörper, welche die Antigene des AB0-Blutgruppensystems binden können, vom Typ IgM sind.

Lerntipp

IgM ist Massiv (Molekülmasse über 700 kDA).

IgG ist plazentaGängig.

IgA wird Ausgeschleust.

IgE hilft gegen Eklige Parasiten.

Komplementsystem

Das KomplementsystemKomplementsystem gehört, wie bereits erwähnt, zur unspezifischen, angeborenen Abwehr und erfüllt mehrere Aufgaben:
  • Die wichtigste Funktion ist die Bildung eines MembranangriffskomplexesMembranangriffskomplex, der Löcher in die Membran von Krankheitserregern bohren kann (Abb. 8.10).

  • Eine weitere Aufgabe ist die OpsonierungOpsonierung von Krankheitserregern, um sie den Zellen, die zur Phagozytose fähig sind, schmackhaft zu machen. Für diese Aufgabe solltet ihr euch v. a. den Faktor C3b merken.

  • Einige Bestandteile des Komplementsystems sind zudem in der Lage, als Entzündungsmediatoren zu fungieren.

Das Komplementsystem hat viele Bestandteile, von denen ihr v. a. die Faktoren C1–C9 kennen müsst. Diese Faktoren werden im Rahmen der Aktivierungskaskade des Komplementsystems jeweils in ein a- und ein b-Fragment gespalten. Es handelt sich also wieder um eine Zymogenaktivierung durch limitierte Proteolyse.
Es gibt zwei Möglichkeiten, das Komplementsystem zu aktiveren, den klassischen und den alternativen Weg, wobei beide eine gemeinsame Endstrecke haben (Abb. 8.10).

Klassischer Aktivierungsweg

Auslöser des Komplementsystemklassischer Aktivierungswegklassischen Aktivierungsweges ist ein Komplex aus einem Antigen und einem Antikörper, also einem Element der spezifischen erworbenen Immunabwehr. Der stärkste Aktivator des Komplementsystems ist dabei IgM, aber auch IgG ist dazu in der Lage.
  • 1.

    Durch die Bindung an das Antigen aktivieren die Antikörper den Komplementfaktor C1.

  • 2.

    Eine Untereinheit von C1 spaltet die Faktoren C2 und C4 in C2a und b bzw. C4a und b.

  • 3.

    C4b und C2a bilden zusammen die C3-Konvertase und spalten C3 in C3a und C3b.

  • 4.

    C3b bildet zusammen mit der C3-Konvertase (C4bC2a) die C5-Konvertase (C4bC2aC3b)

Für Ahnungslose

Was ist mit den Spaltprodukten, deren Funktion hier nicht erwähnt wird? Sie haben unterschiedliche Funktionen; manche fungieren z. B. als die angesprochenen Entzündungsmediatoren (v. a. Fragmente C3a, C4a und C5a). Was machen Entzündungsmediatoren? Das Übliche: Erhöhung der Gefäßpermeabilität, Rekrutierung weiterer Zellen des Immunsystems etc.

Alternativer Aktivierungsweg

Es wäre ziemlich Komplementsystemalternativer Aktivierungswegungeschickt, wenn eine Komponente des angeborenen Immunsystems, wie das Komplementsystem, ohne die Antikörper des erworbenen Immunsystems, das sich erst viel später vollständig ausbildet, nicht funktionieren kann. Aus diesem Grund gibt es eine weitere Möglichkeit, das Komplementsystem ohne Antikörper in Gang zu bringen:
  • 1.

    Der Faktor C3 wird gelegentlich spontan in C3a und C3b gespalten. Normalerweise wird C3b durch verschiedene Reaktionen schnell inaktiviert, aber wenn er auf bestimmte Oberflächen wie die einer Bakterie trifft, wird er stabilisiert.

  • 2.

    Durch Zusammenlagerung mit Faktor Bb entsteht nun eine alternative C3-Konvertase (C3bBb).

  • 3.

    Die alternative C3-Konvertase spaltet ebenfalls C3 in C3a und C3b und lagert sich mit dem frisch entstandenen C3b zur alternativen C5-Konvertase (C3bBbC3b) zusammen.

Gemeinsame Endstrecke

Die Endstrecke der Aktivierung des Komplementsystems beginnt also mit der Bildung der C5-Konvertase. Diese spaltet erwartungsgemäß C5 in C5a und C5b, wobei C5b an die Oberfläche des Bakteriums bindet. An das C5b können andere Faktoren andocken, die zusammen den Membranangriffskomplex (MAK) bilden (C6,7,8,9). Der Membranangriffskomplex bildet einen Kanal durch die Membran der Zielzelle, durch den Ionen und/oder Wasser unkontrolliert in die bzw. aus der Zelle strömen können und sie auf diese Weise abtöten.

Merke

Der MAK besteht aus C5b, C6, C7, C8 und C9.

Achtung

Nur weil manche Faktoren des Komplementsystems in der Lage sind, Krankheitserreger zu binden (z. B. zur Opsonierung), heißt das nicht, dass sie auch wie Antikörper in der Lage sind, diese zu agglutinieren.

Übungen

  • 3.

    Mit dem Enzym _____________ stellen _____________ Granulozyten HClO her.

  • 4.

    Der Antikörper IgM ist ein _____________mer.

  • 5.

    Der Antikörper _____________ ist ein Dimer.

  • 6.

    Der Membranangriffskomplex besteht aus welchen Faktoren des Komplementsystems?

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