Übung » Basiskenntnistest - Biologie

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Die Antikörper

 

1.     Einleitung

2.     Struktur 

3.     Wirkung

4.     Klassen von Antikörpern

5.     Gene der Antikörper 

6.     Kontrollfragen

 

1.  Einleitung

Immunglobuline/Antikörper sind sekretorische Glykoproteine, welche von Plasmazellen, das sind differenzierte B-Lymphozyten, gebildet und in das Blutplasma abgegeben werden. Beim Menschen lassen sich die Immunglobuline, entsprechend ihrer unterschiedlichen Aufgaben in fünf Immunglobulin (Ig) Gruppen einteilen: IgA, IgD, IgE, IgG und IgM. IgD, IgE und IgG liegen als Monomere vor, IgA als Monomer oder Dimer und IgM als Pentamer. Sie erkennen Antigene, bzw. genauer die antigene Determinante, das Epitop und binden daran. Sie erzeugen dadurch die humorale Immunantwort. 

2.  Struktur

Sie sind aus zwei identischen schweren Ketten (H) und zwei identischen leichten Ketten (L) aufgebaut, welche durch kovalente Disulfidbrücken zu einer Ypsilon-förmigen Struktur miteinander verknüpft sind.

Die leichten Ketten bestehen aus jeweils einer variablen und einer konstanten Domäne. Bezeichnet werden diese als VL und CL. Die schweren Ketten haben jeweils eine variable und 3 (IgG, IgA) bzw. 4 (IgM, IgE) konstante Domänen. Bezeichnet werden diese als Vund CH1, CH2, CH3.

Die variablen Domänen von einer leichten und einer schweren Kette bilden die Antigenbindungsstelle.

3.  Wirkung

 Antikörper können verschiedene Wirkungen entfalten.

  • Neutralisation von Antigenen
  • Opsonisierung Markierung durch Antikörper, was eine Phagocytose durch Fresszellen ermöglicht
  • Aktivierung des Komplementsystems 
  • Antikörper, welche an körpereigene Zellen binden, können NK-Zellen aktivieren, welche diese dann abtöten. Dies nennt man Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity
  • weil Antikörper tlw. mehrere Antigenbindungsstellen aufweisen, kann es zur Agglutination kommen

4.  Klassen von Antikörpern

IgA wird auf allen Schleimhäuten der Atemwege, der Augen, des Magen-Darm-Trakts, des Urogenitaltrakts sowie über spezielle Drüsen rund um die Brustwarze von Müttern sezerniert und schützt dort vor Pathogenen (auch das Neugeborene). Sezerniertes IgA kommt in Form von Homodimeren vor; die beiden Anteile sind durch das Joining-Peptide verbunden. IgA kann jedoch auch als Monomer im Blut vorliegen.

IgD wird durch alternatives Spleißen der IgM/IgD-Prä-mRNA zusammen mit IgM als B-Zell Rezeptor auf reifen, naiven B-Zellen membranständig coexprimiert. IgD ist nur in geringen Mengen in sezernierter Form in Blut und Lymphe vorhanden. Es wirkt als Antigenrezeptor bei der von Antigen stimulierten Vermehrung und bei der Differenzierung der B-Zellen.

IgE vermittelt den Schutz vor Parasiten, wie z. B. Würmern, und ist an Allergien beteiligt. Es wird durch Fc-Rezeptoren auf Mastzellen gebunden. Aus diesem Grund ist nahezu das gesamte IgE membrangebunden, im Blut ist es praktisch nicht vorhanden. Bei Antigenkontakt wird es quervernetzt, was zur Ausschüttung von Histaminen, Granzymen etc. durch die Mastzellen und Granulozyten führt (allergische Sofortreaktion). Die ausgeschütteten Mediatoren wirken stark gefäßerweiternd, was das Herankommen anderer Immunzellen erleichtert.

IgM ist die Klasse von Antikörpern, die bei Erst-Kontakt mit Antigenen gebildet wird und zeigt die akute Infektionsphase einer Krankheit an, beispielsweise anti-Masern-IgM, gegen das Masernvirus gerichtete Antikörper der IgM-Klasse als Zeichen einer frischen Infektion. IgM ist ein Pentamer aus fünf Protein-Untereinheiten. Da IgM 10 Bindungsstellen für Antigene hat, führen diese Antikörper zu einer starken Agglutination. Der Antigen-Antikörperkomplex von IgM-Pentameren aktiviert den klassischen Weg des Komplementsystems, weiterhin werden die AB0-Blutgruppen von IgM-Antikörpern erkannt.

IgG wird erst in einer verzögerten Abwehrphase (3 Wochen) gebildet und bleibt lange erhalten. Der Nachweis zeigt eine durchgemachte Infektion oder eine Impfung an. Ein Beispiel ist anti-Masern-IgG, gegen das Masernvirus gerichtete Antikörper der IgG-Klasse als Zeichen einer gegenwärtigen oder früheren Infektion oder Impfung. Die Rhesusfaktor D Antikörper sind ebenfalls von diesem Typ, was zu Komplikationen bei einer Schwangerschaft führen kann, da Immunglobulin G plazentagängig ist. Krankheiten mit einem angeborenen oder erworbenen Mangel an Antikörpern betreffen oft IgG. Bildet der Körper gegen eigene Körperbestandteile Antikörper, so genannte Autoantikörper, spricht man von einer Autoimmunkrankheit. IgG wird außerdem aktiv über das Blut und die Plazenta in den Fötus transportiert und sorgt dort auch nachgeburtlich für einen ersten Schutz vor Infektionen. Über zwei antigengebundene IgG wird das Komplementsystem aktiviert. Der Fc-Rezeptor vermittelt Phagozytose.

Antikörper-Klassen
Abb. 1: Verschiedene Antikörperklassen

5.  Gene der Antikörper

Der menschliche Organismus produziert täglich Millionen verschiedener B-Lymphozyten, welche sich zu Plasmazellen differenzieren und Antikörper produzieren. Dadurch wird gewährleistet, dass gegen möglichst alle eindringenden fremden Antigene passende Antikörper vorhanden sind.

Aber woher kommt die Vielfalt der Antikörper, die notwendig ist um die Vielzahl an Erregern und ihre immer neuen Mutationen zu neutralisieren? 

Die Antikörper bestehen wie oben bereits erwähnt aus zwei identischen schweren und zwei identischen leichten Ketten. Leichte Ketten kommen in zwei Versionen vor: κ und λ. Beide entstehen aus der Kombination von drei Genabschnitten: Bei der κ-Kette wird eine von rund 40 variablen Regionen mit einer von 5 Joining-Regionen und der konstanten Region verknüpft. Auf diese Weise entstehen 200 mögliche Gene. Mit den 120 Versionen der λ-Kette existieren insgesamt rund 320 Möglichkeiten für die leichte Kette.

Schwere Ketten entstehen analog aus der Kombination von vier Genabschnitten: Eine von rund 50 variablen Regionen wird einer von rund 30 Diversity-Regionen und mit einer von 6 Joining-Regionen verknüpft. Je nach Antikörpertyp wird der so entstandene variable Teil an einen der verschiedenen konstanten Regionen gekoppelt. Auf diese Weise entstehen rund 8000 Gene für die schwere Kette.

Die Kombination je einer leichten mit einer schweren Kette führt zu insgesamt 2.6 Millionen verschiedenen Antikörpern.

Durch Variationen der genauen Stelle, an der die verschiedenen Regionen miteinander verknüpft werden, steigt die Anzahl Antikörper nochmals um den Faktor 100 auf 260 Millionen.

Nach der Aktivierung eines B-Lymphozyten zur Plasmazelle führen somatische Mutationen in den bereits kombinierten Genen kombiniert mit einer Selektion von Antikörpern, die genauer zum Antigen passen, zu einem tausendfachen Anstieg der Bindungsstärke. Damit ist erklärt, warum der Körper in der Lage ist für praktisch jedes Antigen passende Antikörper zu bilden. 

Kontrollfragen:

1

Welche der folgenden Antikörper-Gruppen kommen beim Menschen vor?

1.    IgA
2.    IgD
3.    IgE
4.    IgG
5.    IgM

Merkspruch: Der Med At Geht Easy. 

2

Antikörper erkennen und binden an:

1.    die antigene Determinante.
2.    alle vorkommenden Proteine.
3.    das Epitop.
4.    an DNA und fördern in Folge die Proteinsynthese.
5.    an DNA und zerstören diese.

Die antigene Determinante bestimmt um welches Antigen genau es sich handelt. Als Epitop wird der Teil des Antigens bezeichnet, welcher von der Zelle nach außen hin exprimiert wird und an welchen die Antikörper spezifisch binden.

3

Welcher Antikörper ist bei Infektionen durch Parasiten erhöht?

Der IgE-Spiegel ist bei einer Parasiteninfektion erhöht. Durch das binden von IgE an die Parasitenoberfläche wird den esinophilen Granulozyten eine zytotoxische Aktivität gegenüber den markierten Zellen ermöglicht.

4

Welcher Antikörper wird erst in einer verzögerten Abwehrphase gebildet und bleibt lange erhalten?

IgG wird verzögert gebildet (ca. 3 Wochen nach IgM) und bleibt dann lange erhalten. Er erzeugt somit eine Immunität. 

5

Welche Zellen bilden die Immunglobuline?

B-Lymphozyten reifen zu Plasmazellen und bilden dann Antikörper. 

6

In wie viele Gruppen werden die Immunglobuline beim Menschen eingeteilt?

Diese Klassen lauten IgA, IgD, IgE, IgG und IgM. Die Klassen werden nach Vorkommen und ihren Aufgaben eingeteilt.

7

Welche Immunglobuline liegen als Dimere vor?

IgA ist ein Dimer während IgM ein Pentamer und alle anderen Monomere sind.

8

Welche Immunglobuline liegen immer als Monomere vor?

1.    IgA
2.    IgM
3.    IgG
4.    IgD
5.    IgE

IgM ist ein Pentamer (5 teilig) und IgA ein Dimer (2 teilig). Alle anderen liegen als Monomere (einteilig) vor. IgA und IgM können so mehrere Antigene mit einander verbinden.