Biologische Schnittstellen im Chemieunterricht

Mag. Katrin EISBACHER, BRG Salzburg katrin.eisbacher@gmx.at

Dr. Bernhart RUSO, TU Wienbernhart@ruso.at

Das Immunsystem

Erkennen von Information

im Körper

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Schlüssel-Schloss-Prinzip

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Induced FitHand-im-Handschuh-Prinzip

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Enzyme – aktive Zentren

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Asparaginsäure Glycin Valin Threonin

Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Lysozym

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• http://www.biologie.uni-hamburg.de/lehre/bza/1hew/1hewm.htm

Lysozym

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HGlutaminsäure

Lysozym

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Mechanische BarrierenLysozym

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Zelluläre Bestandteile –B-Lymphozyten

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Struktur von Antikörpern - Papain

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Cystein

Histidin

Asparaginsäure

Papain - Acylierung

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Papain - Deacylierung

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Limited Digest mit Papain

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• Ergebnis: Antikörper bestehen aus zwei antibindenden Fragmenten Fab und einem kristallisierbaren Fragment Fc

Bildung von Präzipitaten

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Aufbau von Antikörper

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Fab

Fc

Aktives Zentrum

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Komplementsystem

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• Komplementfaktoren C1 bis C9

• Mannose-bindendes Lektin

• C1r, C1s, MASP-1 bis MASP-3

• es entstehen Anaphylatoxine C5a, C2b

Komplementfaktor C1

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Immunoglobulinfaltung

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Bindungsstellen

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Ig-Klassen

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Funktionen des Humoralen IS

• Opsonierung

• Aktivierung des Komplementsystems

• direkte Inaktivierung durch Antikörper

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Vielfalt der Antikörper

• Tierisches Lebewesen kann ca. 1 Mio unterschiedlicher Antikörper bilden

• je 300 Gene für variable Regionen der schweren und leichten Ketten ergeben 90 000 Varianten in der Keimbahn

• Somatische Rekombination

• Somatische Mutation

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Giemsa-Färbung

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Neutrophile Granulozyten

• saure Hydrolasen• Defensine• Myeloperoxidasen• Elastase• Kollagenase• Neuramidase• Cathepsin G

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Enzyme in Neutrophilen

• Elastase

• Kollagenase spaltet nach Prolin

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statt

Serin Cystein

SH

Cathepsin G

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NH

Defensine

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Eosinophile Granulozyten

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Basophile Granulozyten

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Histamin

Heparin

Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Natürliche Killerzellen

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MHC-I-Komplex

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Makrophagen

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MHC-II-Komplex

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Zelluläre Bestandteile – T-Lymphozyten

– T-Helferzellen – T-Gedächtniszellen – Cytotoxische T-

Zellen – T-Suppressorzellen – Regulatorische T-

Zellen (TReg)

– NK-T-Zellen – γδ T-Lymphozyten

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T-Zell-Rezeptor

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Immunoglobulin-Superfamilie

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Bestandteile des Immunsystems

• mechanische Barrieren• humorales Immunsystem

– Antikörper– Komplementsystem– Interleukine

• zelluläres Immunsystem– B-Lymphozyten– Granulozyten– NK-Zellen– Makrophagen– T-Zellen

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Humorales Immunsystem - Interleukine

Quelle Ziel

IL1 Makrophagen, B-Zellen

Kostimulation von T-Helferzellen, Entwicklung von B-Zellen, Aktivierung von NK-Zellen, Fieber

IL2 T-Helferzellen Stimuliert Wachstum und Differnzierung von T-Zellen

IL3 Aktivierte T-Helferzellen, NK-Zellen

Wachstum und Differenzierung von Erythrozyten, Granulozyten aus Stammzellen

IL 15 Mononukleare Phagozyten

Induziert die Produktion von NK-Zellen

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Humorales Immunsystem - IL-1 IL1R1

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Quellen

• Wikipedia• www.sigmaaldrich.org• Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie• „Das Immun- und das Nervensystem. Vorprogrammierte Systeme

zur Reaktion auf das Unerwartete“, Nachrichten der Akademie der Wissenschaften in Göttingen, Jahrgang 2000, Nr. 5

• www.expasy.ch• Lehninger „Biochemie“ Springer-Verlag 2001• Dose „Biochemie - Eine Einführung“ Springer-Lehrbuch 1994• Stryer „Biochemie“ Springer-Verlag 1991

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