DE · Abitur

Immunbiologie — Abwehr, Antikörper und Impfung

Unspezifische und spezifische Immunabwehr, humorale und zelluläre Antwort, immunologisches Gedächtnis, Impfprinzipien, Autoimmunerkrankungen und HIV als Beispiel viraler Infektion.

6 Abschnitte~23 Min Lesezeit3 KompetenzenStand 06/2026

T·0666 / 10

Prüfungsprofil

KMK-Bio-F4 · System: Immunsystem als integriertes Schutzsystem beschreibenKMK-Bio-F2 · Struktur-Funktion: Antikörperbau mit Antigenerkennung verknüpfenKMK-Bio-B2 · Bewertung: Impfentscheidungen und Herdenimmunität erörtern

Operatoren:beschreibenerklärenerläuternbeurteilenerörtern

grundlegendes Niveau

gA: Unspezifische vs. spezifische Abwehr, B- und T-Zellen, Primär-/Sekundärantwort, aktive vs. passive Impfung.

erhöhtes Niveau

eA: MHC I/II und Antigenpräsentation, klonale Selektion (Burnet), Antikörperstrukturen (IgG, IgM, IgE), HIV-Replikationszyklus mit CD4-Tropismus.

Tiefe

Schrift

Inhalt · 6 Abschnitte

Immunbiologie — Abwehr, Antikörper und Impfung

6 Abschnitte24 Merksätze0 Formeln22 Fehlerwarnungen

Unspezifische und spezifische Immunabwehr#

~4 Min LesezeitStandardKMK-Bio-2.6.6biologie-immunbiologie

Spezifische Immunantwort — humoral und zellulär

Abb. 1Antigenpräsentation aktiviert T-Helferzellen, die wiederum B-Zellen (humoral) und cytotoxische T-Zellen (zellulär) anstoßen. Gedächtniszellen sichern die Sekundärantwort.

Der Körper ist ständig von Krankheitserregern (Bakterien, Viren, Pilzen, Parasiten) umgeben, die ihn als Nährboden nutzen wollen. Das Immunsystem wehrt diese Eindringlinge ab und entfernt zugleich entartete oder abgestorbene körpereigene Zellen. Es arbeitet auf zwei ineinandergreifenden Ebenen, die man streng auseinanderhalten muss: die unspezifische (angeborene) Abwehr, die sofort und gegen alles Fremde gleich reagiert, und die spezifische (adaptive) Abwehr, die langsamer anläuft, dafür aber gezielt gegen einen einzelnen Erreger gerichtet ist und ein Gedächtnis ausbildet. Schnelligkeit und Präzision sind damit auf zwei Systeme verteilt.

Die erste, unspezifische Verteidigungslinie sind die äußeren Barrieren, die einen Erreger gar nicht erst eindringen lassen. Mechanisch wirken die Haut als geschlossene Hornschicht und die Schleimhäute mit ihrem Flimmerepithel (Schleim transportiert Partikel aus den Atemwegen). Chemisch wirken das Enzym Lysozym in Tränen und Speichel (es zerstört die bakterielle Zellwand), die Magensäure (Salzsäure, niedriger pH) und der saure Schutzmantel der Haut. Hinzu kommt das Mikrobiom: die nützliche kommensale Flora besetzt Oberflächen und Nährstoffe und verdrängt so Krankheitserreger durch Konkurrenz (Kolonisationsresistenz).

Hat ein Erreger die Barrieren überwunden, greift die zelluläre und humorale angeborene Abwehr. Phagozyten — Makrophagen und neutrophile Granulozyten — nehmen Erreger durch Phagocytose auf und verdauen sie in Lysosomen. Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) erkennen und töten virusinfizierte und Tumorzellen, gerade solche, die ihre MHC-I-Moleküle herunterregulieren. Das Komplementsystem ist eine Kaskade von Plasmaproteinen, die sich gegenseitig aktivieren und am Ende einen Membranangriffskomplex (C5b–9) bilden, der Erregermembranen durchlöchert; weitere Komplementbruchstücke wirken als Opsonine und Entzündungssignale. Das Komplement ist also eine Proteinkaskade, kein Antikörper — eine häufige Verwechslung.

Die unspezifische Reaktion zeigt sich nach außen als Entzündung mit den vier klassischen Zeichen Rötung (rubor), Wärme (calor), Schwellung (tumor) und Schmerz (dolor). Ausgelöst wird sie durch Mediatoren wie Histamin aus Mastzellen, die die Gefäße erweitern und durchlässiger machen, sodass Abwehrzellen und Plasmaproteine zum Infektionsherd gelangen. Pyrogene können zusätzlich Fieber auslösen, das die Erregervermehrung bremst und die Immunabwehr beschleunigt.

Die spezifische Abwehr ist gerichtet, lernfähig und gedächtnisbildend. Ihre Träger sind die Lymphozyten: B-Zellen reifen im Knochenmark (engl. bone marrow), T-Zellen im Thymus. Jede Lymphozyte trägt einen Rezeptor für genau ein Antigen, und der Körper hält ein riesiges Repertoire unterschiedlichster Spezifitäten bereit. Antigene sind Strukturen, die eine Immunantwort auslösen; der konkret erkannte Oberflächenabschnitt heißt Epitop. Nach Burnets klonaler Selektionstheorie (1957) wählt das passende Antigen aus dem vorhandenen Repertoire genau jene Zelle aus, die es erkennt, und treibt sie zur Vermehrung (Klonbildung).

Die Schnittstelle zwischen angeborener und adaptiver Immunität ist die Antigenpräsentation. Antigenpräsentierende Zellen (APC) — vor allem dendritische Zellen, daneben Makrophagen und B-Zellen — nehmen Erreger auf, zerlegen sie und präsentieren Bruchstücke auf MHC-II-Molekülen den CD4⁺-T-Helferzellen. Jede kernhaltige Körperzelle dagegen präsentiert auf MHC-I-Molekülen Proben ihres eigenen Zellinneren; ist sie virusinfiziert, zeigt sie virale Peptide und wird von CD8⁺-T-Zellen erkannt. Die MHC-Restriktion (Zinkernagel/Doherty) erklärt damit, warum T-Zellen Antigen nur „auf einer MHC-Schiene" und nicht frei im Blut erkennen.

Die spezifische Antwort hat zwei Arme. Im humoralen Arm erkennt eine B-Zelle das Antigen über ihren B-Zell-Rezeptor, erhält von einer passenden T-Helferzelle über Botenstoffe (Interleukine) das zweite Aktivierungssignal und differenziert sich zu Plasmazellen, die lösliche Antikörper ins Blut abgeben, sowie zu Gedächtniszellen. Im zellulären Arm erkennen cytotoxische T-Zellen (CD8⁺) die mit MHC-I präsentierten Antigene auf infizierten oder entarteten Körperzellen und töten diese gezielt durch Perforin (das Poren bohrt) und Granzyme (die die Apoptose auslösen). Über allem stehen die CD4⁺-T-Helferzellen als Dirigenten: Sie aktivieren beide Arme — fällt diese Schaltzentrale aus (etwa bei HIV), bricht die gesamte spezifische Abwehr zusammen.

Antikörper (IgG) — Y-Struktur

Abb. 2Zwei schwere und zwei leichte Ketten, durch Disulfidbrücken verbunden; variable Region bindet das Antigen, konstante Region steuert Effektorfunktionen.

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Typische Fehler

Makrophagen werden als spezifische Abwehr klassifiziert.
CD4+ und CD8+ T-Zellen vertauscht.
B-Zellen werden direkt als „Antikörper" bezeichnet — sie produzieren Antikörper erst nach Differenzierung.

LK-Vertiefung

eA: Diskutieren Sie die klonale Selektionstheorie (Burnet 1957) und die genetische Diversität der Antikörperrepertoires durch V(D)J-Rekombination.

Aktive Wiederholung

Erläutern Sie das Zusammenspiel von unspezifischer und spezifischer Abwehr bei einer bakteriellen Infektion und benennen Sie für jeden Schritt die beteiligten Zelltypen.

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Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020) (Kultusministerkonferenz)

Immunologisches Gedächtnis und Impfung#

~5 Min LesezeitStandardKMK-Bio-2.6.6biologie-immunbiologie

Primär- und Sekundärantwort — warum eine Impfung wirkt

Abb. 3Beim ERSTKONTAKT läuft die Primärantwort, beim ZWEITKONTAKT mit demselben Erreger die Sekundärantwort. Sie setzt früher ein, steigt steiler und erreicht einen weit höheren Antikörpertiter als die Primärantwort — die Hochachse ist logarithmisch geteilt, sonst wäre die Primärantwort neben ihr nicht mehr abzulesen. Genau diesen Unterschied nutzt die Impfung: Sie erzeugt die Primärantwort ohne die Krankheit, damit beim echten Kontakt sofort die Sekundärantwort läuft. Die Kurvenwerte sind schematisch und stehen für den Verlauf, nicht für eine gemessene Reihe.

Das Herzstück der erworbenen Immunität ist das immunologische Gedächtnis. Beim ersten Kontakt mit einem Antigen läuft die Primärantwort träge an: Erst muss die passende Lymphozyte aus dem Repertoire ausgewählt werden und sich vermehren, sodass messbare Antikörper erst nach etwa 5–10 Tagen erscheinen; zuerst tritt IgM auf, später IgG. Bei einem späteren Zweitkontakt mit demselben Erreger erfolgt die Sekundärantwort schneller, höher und anhaltender. Verantwortlich dafür sind die langlebigen Gedächtnis-B- und -T-Zellen, die beim Erstkontakt gebildet wurden und nun in großer Zahl bereitstehen — der Erreger wird abgefangen, bevor die Krankheit ausbricht.

Genau dieses Gedächtnis macht sich die aktive Immunisierung (Schutzimpfung) zunutze. Dabei wird dem Körper das Antigen in ungefährlicher Form zugeführt, sodass er selbst eine Immunantwort samt Gedächtniszellen aufbaut, ohne die Krankheit durchzumachen. Die Antigenquelle kann ein abgetöteter Erreger (Totimpfstoff), ein abgeschwächter, vermehrungsfähiger Erreger (attenuierter Lebendimpfstoff), ein entgiftetes Toxin (Toxoid, etwa gegen Tetanus) oder ein einzelnes Oberflächenmolekül sein. Der Schutz baut sich über ein bis zwei Wochen auf, hält dafür aber Jahre bis lebenslang.

Davon strikt zu unterscheiden ist die passive Immunisierung: Hier erhält der Patient fertige Antikörper von außen, etwa als Immunserum nach einem Schlangenbiss, gegen Tetanus im Verletzungsfall oder als Tollwut-Immunglobulin. Der Schutz wirkt sofort, weil keine eigene Immunantwort abgewartet werden muss — er ist aber nur von kurzer Dauer (Wochen), weil die fremden Antikörper abgebaut werden und kein eigenes Gedächtnis entsteht. Ein natürliches Beispiel ist die Leihimmunität des Säuglings durch plazentagängiges IgG der Mutter und IgA aus der Muttermilch.

Auffrischimpfungen (Booster) bauen gezielt auf dem Gedächtnis auf: Eine erneute Antigengabe wirkt für das Immunsystem wie ein Zweitkontakt und löst über die Gedächtnis-B-Zellen eine rasche, hohe Antikörperantwort aus, die den abgesunkenen Schutztiter wieder anhebt. Zusätzlich verbessert sich durch Affinitätsreifung die Bindungsstärke der Antikörper. Deshalb sind bei manchen Impfungen mehrere Dosen im Abstand von Wochen bis Jahren nötig.

Impfungen schützen nicht nur den Einzelnen, sondern über die Herdenimmunität auch die Gemeinschaft. Sind genügend Personen immun, findet ein Erreger zu wenige empfängliche Wirte und seine Ausbreitung bricht ab — auch Ungeimpfte (Säuglinge, Immungeschwächte) sind dann mittelbar geschützt. Die nötige Impfquote ergibt sich aus der Basisreproduktionszahl R₀ als 1 − 1/R₀. Für hochansteckende Masern (R₀ ≈ 15) folgt 1 − 1/15 ≈ 0,93, also rund 93 %; deshalb ist eine Quote von etwa 95 % das Ziel. Herdenimmunität verlangt also keine vollständige Durchimpfung, aber eine hohe — je ansteckender ein Erreger, desto höher die Schwelle.

mRNA-Impfstoffe (z. B. Comirnaty, Spikevax) sind ein Sonderfall der aktiven Immunisierung. Statt des Antigens selbst wird die Bauanleitung in Form von mRNA (verpackt in Lipidnanopartikel) verabreicht; die Körperzellen produzieren daraufhin vorübergehend das Antigen (etwa das Spike-Protein) und präsentieren es dem Immunsystem. Wichtig für die ethische und sachliche Bewertung: Die mRNA wird im Cytoplasma abgelesen und rasch abgebaut — sie gelangt nicht in den Zellkern und wird nicht ins Genom integriert; ein „Eingriff ins Erbgut" findet nicht statt. Vorteile sind die schnelle Entwickelbarkeit und Anpassbarkeit an Varianten; Nachteile waren anfangs die nötige Kühlkette und mögliche, meist vorübergehende Impfreaktionen.

Antikörper bei Primär- und Sekundärantwort

Abb. 4Sekundärantwort: schneller, höher, länger — Folge des immunologischen Gedächtnisses.

Musterlösung

Immunologisches Gedächtnis — Primär- vs. Sekundärantwort

Erklären Sie anhand des Kurvenverlaufs der Antikörper-Konzentration, warum die zweite Impfdosis (Booster) wesentlich höher und schneller Antikörper produziert als der Erstkontakt.

Schritt 1 — Primärkontakt
Nach Erstkontakt vergehen ca. 5–10 Tage, bis spezifische B-Zellen klonal expandieren und Antikörper produzieren.
Schritt 2 — Gedächtniszellbildung
Ein Teil der aktivierten B- und T-Zellen differenziert zu langlebigen Gedächtniszellen.
Schritt 3 — Booster (Tag 60)
Beim erneuten Kontakt erkennen Gedächtnis-B-Zellen das Antigen sofort und werden direkt zu Plasmazellen.
Schritt 4 — Schnelligkeit + Höhe
Reaktionszeit fällt auf 1–3 Tage; Antikörpertiter steigt um den Faktor 4–10 gegenüber Primärantwort.
Schritt 5 — Bedeutung
Auf diesem Prinzip beruhen Auffrischungs-Impfungen und langer Schutz nach durchgemachter Infektion.

Ergebnis: Sekundärantwort ist schneller, höher und länger — das immunologische Gedächtnis erklärt die Wirksamkeit von Boostern.

Musterlösung

Aktive und passive Immunisierung gegenüberstellen

Ein Patient mit einer tiefen, verschmutzten Wunde ohne ausreichenden Tetanus-Impfschutz wird simultan mit Tetanus-Toxoid und Tetanus-Immunglobulin behandelt. Erklären Sie das immunologische Prinzip beider Komponenten und beurteilen Sie, warum die Simultanimpfung sinnvoll ist.

Schritt 1 — Toxoid (aktive Immunisierung)
Das inaktivierte Toxin (Antigen) regt das Immunsystem an, eigene spezifische Antikörper und Gedächtniszellen zu bilden. Der Schutz setzt erst nach 1–2 Wochen ein, hält aber jahrelang.
Schritt 2 — Immunglobulin (passive Immunisierung)
Es werden fertige Antikörper gegen das Tetanustoxin verabreicht. Der Schutz wirkt sofort, klingt aber innerhalb von Wochen ab, da keine eigenen Gedächtniszellen entstehen.
Schritt 3 — Zeitlücke überbrücken
Die passive Komponente schließt die kritische Lücke, bis die aktive Immunisierung greift — bei einer akuten Infektionsgefahr ist die Eigenproduktion zu langsam.
Schritt 4 — Gedächtnisaufbau
Nur die aktive Komponente erzeugt ein immunologisches Gedächtnis und damit Langzeitschutz; sie ist die Voraussetzung für eine schnelle Sekundärantwort bei künftigem Kontakt.
Schritt 5 — Beurteilung
Die Kombination vereint sofortigen Schutz (passiv) mit langfristigem Schutz (aktiv) und ist daher bei Verletzungen mit unklarem Impfstatus indiziert.

Ergebnis: Passive Immunisierung wirkt sofort und kurz, aktive verzögert und lang — die Simultanimpfung verbindet beide Vorteile zur lückenlosen Tetanusprophylaxe.

Typische Fehler

Aktiv- und Passivimpfung vertauscht — passive Gabe nutzt fertige Antikörper.
Herdenimmunität als 100 %-Impfquote dargestellt.
mRNA-Impfstoff wird mit „Genveränderung" gleichgesetzt — mRNA wird nicht ins Genom integriert.

LK-Vertiefung

eA: Diskutieren Sie die Wirkmechanismen von mRNA-, Vektor- und Totimpfstoffen sowie die Bedeutung adjuvansbasierter Verstärkung.

Aktive Wiederholung

Vergleichen Sie aktive und passive Immunisierung und beurteilen Sie die Herdenimmunität am Beispiel der Masernimpfung (R₀ ≈ 15).

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Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020) (Kultusministerkonferenz) · Empfehlungen der Ständigen Impfkommission (STIKO) (Robert Koch-Institut)

HIV, Allergien und Autoimmunerkrankungen#

~4 Min LesezeitVertiefungKMK-Bio-2.6.6biologie-immunbiologie

Der HIV-Vermehrungszyklus und die Angriffspunkte der Therapie

Abb. 5Jeder Schritt des Zyklus ist ein möglicher Angriffspunkt, und die Kombinationstherapie greift bewusst an mehreren gleichzeitig an — ein Virus, das gegen einen Wirkstoff resistent wird, wird von den übrigen noch erfasst. Das Zielobjekt ist die T-Helferzelle, weshalb ihr Verlust die gesamte spezifische Abwehr lahmlegt.

HIV (Humanes Immundefizienz-Virus) ist ein lehrreiches Beispiel, weil es genau die Schaltzentrale der Immunabwehr angreift. Als Retrovirus trägt es sein Erbgut in Form von RNA und besitzt das Enzym reverse Transkriptase. Es bindet mit seinem Hüllprotein gp120 an den CD4-Rezeptor der T-Helferzellen und zusätzlich an einen Korezeptor (CCR5 oder CXCR4); deshalb sind Menschen mit einer CCR5-Δ32-Mutation weitgehend resistent. Nach dem Eintritt schreibt die reverse Transkriptase die virale RNA in cDNA um, die Integrase fügt diese als Provirus ins Wirtsgenom ein, und die Protease reift die neu gebildeten Viruspartikel. Diese drei Enzyme — reverse Transkriptase, Integrase, Protease — sind die zentralen Angriffspunkte der Therapie.

Die HIV-Infektion verläuft in drei Phasen. In der akuten Phase ist die Viruslast hoch und es treten grippeähnliche Symptome auf. In der langen latenten Phase (oft viele Jahre) hält das Immunsystem das Virus scheinbar in Schach, doch die Zahl der CD4⁺-T-Helferzellen sinkt schleichend. Fällt sie unter etwa 200 Zellen pro Mikroliter, ist das Stadium AIDS (erworbenes Immundefizienzsyndrom) erreicht: Die spezifische Abwehr bricht zusammen, und sonst harmlose Erreger verursachen lebensbedrohliche opportunistische Infektionen (z. B. Pneumocystis-Pneumonie) sowie bestimmte Tumoren. Entscheidend für die Begriffstrennung: HIV ist der Erreger, AIDS das späte Krankheitsstadium — beides darf nicht gleichgesetzt werden.

Die antiretrovirale Therapie (ART, früher HAART) kombiniert mehrere Wirkstoffe, die gezielt die viralen Enzyme hemmen: Reverse-Transkriptase-, Integrase- und Protease-Inhibitoren. Durch die Kombination wird verhindert, dass das schnell mutierende Virus gegen ein einzelnes Medikament resistent wird. Die Therapie senkt die Viruslast unter die Nachweisgrenze und macht HIV zu einer behandelbaren chronischen Erkrankung — nicht übertragbar bei erfolgreicher Suppression, aber sie heilt die Infektion nicht, weil das Provirus in ruhenden Gedächtniszellen als latentes Reservoir bestehen bleibt.

Allergien sind das Gegenstück zur Immunschwäche: hier reagiert das Immunsystem zu stark, und zwar auf an sich harmlose Fremdstoffe (Allergene wie Pollen, Hausstaubmilben, Nahrungsbestandteile). Bei der häufigen Typ-I-Allergie (Soforttyp) bildet der Körper nach einer Sensibilisierung IgE-Antikörper, die sich an Mastzellen heften. Beim erneuten Allergenkontakt vernetzt das Allergen diese IgE und löst die Degranulation aus: Histamin und weitere Mediatoren werden freigesetzt und verursachen die Symptome — von Heuschnupfen und Nesselsucht bis zum lebensbedrohlichen anaphylaktischen Schock. Wesentlich ist, dass sich die Allergie gegen Fremdantigene richtet.

Autoimmunerkrankungen beruhen dagegen auf einem Versagen der Selbsttoleranz: Das Immunsystem greift körpereigene Strukturen an, weil die Unterscheidung von „selbst" und „fremd" gestört ist. Bei der Multiplen Sklerose zerstören T-Zellen die Myelinscheiden der Nervenfasern, beim Typ-1-Diabetes die insulinproduzierenden β-Zellen der Bauchspeicheldrüse, bei der rheumatoiden Arthritis die Gelenkstrukturen. Der entscheidende Unterschied zur Allergie liegt also im Ziel (eigen statt fremd) und oft im Mechanismus (vorwiegend T-Zellen und IgG statt IgE).

Mehrere Mechanismen können die Selbsttoleranz untergraben. Bei der molekularen Mimikry ähnelt ein Erregermolekül einer körpereigenen Struktur so sehr, dass die gegen den Erreger gerichtete Immunantwort versehentlich auch das eigene Gewebe trifft — klassisches Beispiel ist das rheumatische Fieber nach einer Streptokokkeninfektion. Hinzu kommen eine genetische Prädisposition (bestimmte HLA-Typen erhöhen das Risiko) und Umweltfaktoren (Infektionen, Rauchen). Vorbeugend wirken die zentrale Toleranz (autoreaktive Lymphozyten werden bei der Reifung in Thymus und Knochenmark aussortiert) und die periphere Toleranz durch regulatorische T-Zellen.

Typische Fehler

HIV und AIDS werden gleichgesetzt — HIV ist der Erreger, AIDS das späte Krankheitsstadium.
HIV wird als Bakterium klassifiziert — es ist ein RNA-Retrovirus.
Allergie wird als Autoimmunerkrankung bezeichnet — Allergie reagiert gegen Fremdantigene, Autoimmunität gegen körpereigene Strukturen.
Die ART wird als Heilung dargestellt — sie unterdrückt das Virus, beseitigt aber das latente Provirus-Reservoir nicht.

LK-Vertiefung

eA: Diskutieren Sie das Konzept der zentralen und peripheren Selbsttoleranz und die Rolle regulatorischer T-Zellen (Tregs) für die Vermeidung von Autoimmunerkrankungen.

Aktive Wiederholung

Erläutern Sie den HIV-Replikationszyklus, benennen Sie die drei Hauptenzyme und beurteilen Sie die Wirkprinzipien der antiretroviralen Therapie.

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Quellen: Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020) (Kultusministerkonferenz) · HIV/AIDS — Fact sheet (Weltgesundheitsorganisation (WHO))

Antikörperstruktur und Antigen-Antikörper-Reaktion#

~3 Min LesezeitStandardKMK-Bio-2.6.6biologie-immunbiologie

Antikörper (IgG) — Y-Struktur

Abb. 6Zwei schwere und zwei leichte Ketten, durch Disulfidbrücken verbunden; variable Region bindet das Antigen, konstante Region steuert Effektorfunktionen.

Antikörper (Immunglobuline) sind die löslichen Werkzeuge der humoralen Abwehr und ein Musterbeispiel für den Zusammenhang von Struktur und Funktion. Jedes Molekül ist Y-förmig aus vier Polypeptidketten gebaut — zwei identischen schweren und zwei identischen leichten Ketten —, die durch Disulfidbrücken zusammengehalten werden. Diese Grundform erlaubt es, mit den beiden Armspitzen Antigen zu binden und mit dem Stamm an Effektorzellen anzudocken.

Funktionell zerfällt das Y in zwei Regionen. Die variable Region an den Spitzen der beiden Fab-Arme bildet die Antigenbindungsstelle (Paratop) und bindet ihr Epitop passgenau nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip; ihre Aminosäuresequenz unterscheidet sich von Antikörper zu Antikörper und bestimmt die Spezifität. Die konstante Region (Fc-Teil, der Stamm) ist innerhalb einer Klasse gleich und steuert die Effektorfunktionen: Sie bindet an Fc-Rezeptoren von Phagozyten und aktiviert das Komplementsystem. Variable und konstante Region dürfen in ihrer Funktion nie vertauscht werden — Erkennung oben, Wirkung unten.

Nach dem Bau ihrer schweren Kette unterscheidet man fünf Antikörperklassen mit arbeitsteiligen Aufgaben. IgG ist der häufigste Antikörper im Blut, plazentagängig und Träger der Sekundärantwort. IgM tritt als großes Pentamer in der Erstantwort zuerst auf und aktiviert stark das Komplement. IgA schützt als Dimer die Schleimhäute und gelangt in die Muttermilch. IgE bindet an Mastzellen und vermittelt Allergien sowie die Parasitenabwehr. IgD sitzt zusammen mit IgM als Rezeptor auf naiven B-Zellen. Die zeitliche Reihenfolge IgM-zuerst-dann-IgG ist ein häufiges Prüfungsdetail und die Grundlage der Infektionsdiagnostik.

Antikörper töten Erreger nicht selbst ab, sondern markieren und entwaffnen sie auf vier Weisen. Bei der Neutralisation besetzen sie wichtige Oberflächenstellen von Toxinen oder Viren und machen sie unwirksam. Bei der Opsonierung umhüllen sie den Erreger und liefern Phagozyten über deren Fc-Rezeptoren einen „Greifpunkt". Bei der Agglutination vernetzen sie mehrere Erreger zu Klumpen, die leichter beseitigt werden. Und über ihren Fc-Teil aktivieren sie die Komplementkaskade. Die eigentliche Zerstörung übernehmen dann Phagozyten oder das Komplement.

Damit ein Stoff überhaupt eine Immunantwort auslösen kann (Antigenität), muss er hinreichend groß und dem Körper fremd sein; sehr kleine Moleküle (Haptene) wirken erst, wenn sie an ein Trägermolekül gekoppelt sind. Erkannt wird nie das ganze Antigen, sondern ein konkreter Oberflächenabschnitt, das Epitop (die antigene Determinante) — ein großes Antigen trägt meist mehrere verschiedene Epitope. Antigen und Epitop sauber zu unterscheiden ist ein typischer Bewertungspunkt.

Die wohl erstaunlichste Eigenschaft ist die enorme Vielfalt: Der Körper kann Millionen verschiedener Antigenbindungsstellen bilden, obwohl das Genom nur begrenzt viele Gene enthält. Der Trick ist die V(D)J-Rekombination — beim Reifen jeder B-Zelle werden aus vielen V-, D- und J-Gensegmenten zufällig je eines kombiniert, sodass jede Zelle ein einzigartiges Rezeptorgen erhält. Nach Antigenkontakt steigert die somatische Hypermutation in den Keimzentren die Bindungsstärke (Affinitätsreifung) zusätzlich. Die Vielfalt entsteht also nicht durch „viele fertige Antikörpergene", sondern durch kombinatorisches Zusammenbauen aus wenigen Bausteinen.

Typische Fehler

Variable und konstante Region werden in ihrer Funktion vertauscht.
Antikörper werden so dargestellt, als würden sie Erreger selbst „abtöten" — sie markieren und neutralisieren.
IgM und IgG werden in ihrem zeitlichen Auftreten vertauscht (IgM zuerst).
Die Diversität wird auf „viele Antikörpergene" zurückgeführt, ohne V(D)J-Rekombination zu erwähnen.

LK-Vertiefung

eA: Diskutieren Sie die klonale Selektionstheorie (Burnet) und die Affinitätsreifung durch somatische Hypermutation in den Keimzentren.

Aktive Wiederholung

Erläutern Sie den Bau eines IgG-Antikörpers und beurteilen Sie, wie die V(D)J-Rekombination die enorme Vielfalt der Antigenbindungsstellen erzeugt.

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Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020) (Kultusministerkonferenz)

Blutgruppen, Rhesus und Transplantation#

~4 Min LesezeitStandardKMK-Bio-2.6.6biologie-immunbiologie

AB0-Blutgruppensystem — Antigene und Antikörper

Abb. 7Erythrozytenantigene (A, B) und im Plasma vorhandene Antikörper bestimmen Verträglichkeit; 0 ist Universalspender, AB Universalempfänger.

Die Blutgruppen sind eine direkte Anwendung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf den Menschen. Im AB0-System (Landsteiner 1901) tragen die Erythrozyten auf ihrer Oberfläche das Antigen A, das Antigen B, beide (AB) oder keines (0). Entscheidend und einzigartig ist: Im Blutplasma liegen von Natur aus die Antikörper gegen die jeweils fehlenden Antigene vor — Gruppe A besitzt Anti-B, Gruppe B besitzt Anti-A, Gruppe 0 besitzt beide, Gruppe AB keines. Diese „regulären" Antikörper (vom Typ IgM) entstehen früh im Leben durch Kontakt mit ähnlichen Strukturen der Darmflora, ohne dass je fremdes Blut nötig war.

Daraus folgt die Transfusionsregel: Treffen Spendererythrozyten auf passende Empfängerantikörper, kommt es zur Agglutination (Verklumpung) und anschließend zur Hämolyse (Auflösung der roten Blutzellen) — eine lebensgefährliche Reaktion. Gruppe 0 gilt als Universalspender, weil ihre Erythrozyten keine A/B-Antigene tragen, an denen Empfängerantikörper angreifen könnten; Gruppe AB ist Universalempfänger, weil ihr Plasma keine Anti-A/Anti-B enthält. In der Praxis wird dennoch blutgruppengleich transfundiert. Agglutination (Verklumpen) und Hämolyse (Zellzerfall) sind zwei aufeinanderfolgende Schritte und nicht dasselbe.

Das Rhesus-System verhält sich grundlegend anders. Rh-positive Menschen tragen das D-Antigen, Rh-negative nicht. Anders als beim AB0-System sind hier von Natur aus keine Antikörper vorhanden: Anti-D entsteht erst nach einer Sensibilisierung, also nach Kontakt mit Rh-positivem Blut. Dieser Unterschied — AB0-Antikörper angeboren, Rhesus-Antikörper erworben — ist ein klassischer Prüfungsschwerpunkt.

Klinisch bedeutsam wird das beim Morbus haemolyticus neonatorum. Trägt eine Rh-negative Mutter ein Rh-positives Kind, kann sie unter der Geburt mit dessen Erythrozyten in Kontakt kommen und Anti-D bilden. Das erste Kind bleibt meist verschont; in einer Folgeschwangerschaft mit einem erneut Rh-positiven Kind aber gelangt das mütterliche Anti-D (als plazentagängiges IgG) zum Fetus und zerstört dessen rote Blutzellen. Vorgebeugt wird durch die Anti-D-Prophylaxe: Der Mutter werden rechtzeitig Anti-D-Antikörper gespritzt, die kindliche Erythrozyten abfangen, bevor ihr eigenes Immunsystem sensibilisiert wird.

Dasselbe Prinzip der Fremderkennung steuert die Transplantationsimmunologie. Über die Verträglichkeit von Geweben entscheiden die MHC-Moleküle, beim Menschen HLA (humane Leukozytenantigene) genannt — sie sind hochgradig individuell. Je ähnlicher die HLA-Muster von Spender und Empfänger sind, desto geringer ist die Abstoßungsgefahr; deshalb sind verwandte Spender oft besser geeignet und werden Empfänger und Spender per HLA-Typisierung abgeglichen.

Die Abstoßung eines fremden Transplantats wird vor allem durch T-Zellen vermittelt, die die fremden HLA-Moleküle als „nicht selbst" erkennen und das Gewebe angreifen. Um sie zu verhindern, werden Immunsuppressiva wie Ciclosporin gegeben, die die T-Zell-Aktivierung dämpfen. Der Preis ist eine allgemein geschwächte Abwehr: Das Infektions- und Tumorrisiko steigt — ein typischer medizinischer Zielkonflikt zwischen Transplantatschutz und Immunkompetenz.

Musterlösung

Blutgruppenvererbung — multiple Allele

Eine Mutter mit Blutgruppe A (Genotyp IᴬI⁰) und ein Vater mit Blutgruppe B (Genotyp IᴮI⁰) bekommen Kinder. Bestimmen Sie die möglichen Blutgruppen der Kinder und ihre Wahrscheinlichkeiten.

Schritt 1 — Allele und Dominanz
Das AB0-System kennt drei Allele: Iᴬ und Iᴮ sind kodominant, I⁰ ist gegenüber beiden rezessiv.
Schritt 2 — Gameten bilden
Die Mutter (IᴬI⁰) bildet Iᴬ- und I⁰-Gameten, der Vater (IᴮI⁰) Iᴮ- und I⁰-Gameten.
Schritt 3 — Kombinationen im Punnett-Quadrat
Die vier gleich wahrscheinlichen Kombinationen lauten IᴬIᴮ, IᴬI⁰, IᴮI⁰ und I⁰I⁰.
Schritt 4 — Phänotypen zuordnen
IᴬIᴮ → AB, IᴬI⁰ → A, IᴮI⁰ → B, I⁰I⁰ → 0; alle vier Blutgruppen sind je zu 25 % möglich.
Schritt 5 — Interpretation
Aus zwei Eltern der Gruppen A und B können Kinder aller vier Blutgruppen entstehen — ein klassisches Beispiel multipler Allelie mit Kodominanz, das einfache dominant-rezessive Erwartungen widerlegt.

Ergebnis: Je 25 % AB, A, B und 0 — alle vier Blutgruppen sind möglich.

Typische Fehler

Universalspender und Universalempfänger werden vertauscht.
Rhesus-Antikörper werden als von Geburt an vorhanden angenommen.
Die Rolle der MHC-/HLA-Moleküle bei der Abstoßung wird übersehen.
Agglutination und Hämolyse werden gleichgesetzt — Agglutination ist Verklumpung, Hämolyse Zellzerfall.

LK-Vertiefung

eA: Diskutieren Sie die Unterscheidung von „selbst" und „fremd" über MHC-Restriktion und die Konsequenzen für Transplantation und Tumorimmunologie.

Aktive Wiederholung

Analysieren Sie, welche Blutgruppen ein Empfänger der Gruppe A erhalten darf, und erläutern Sie die immunologische Ursache des Morbus haemolyticus neonatorum.

Passende Aufgaben üben69 Fragen zum Thema

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Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020) (Kultusministerkonferenz)

Immunologische Diagnostik und Antikörpertechnik#

~3 Min LesezeitVertiefungKMK-Bio-2.6.6biologie-immunbiologie

Antikörper (IgG) — Y-Struktur

Abb. 8Zwei schwere und zwei leichte Ketten, durch Disulfidbrücken verbunden; variable Region bindet das Antigen, konstante Region steuert Effektorfunktionen.

Die außerordentliche Spezifität der Antigen-Antikörper-Bindung — ein Antikörper erkennt genau ein Epitop nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip — ist die gemeinsame Grundlage einer ganzen Familie von Nachweis- und Therapieverfahren. Man nutzt Antikörper hier nicht zur Abwehr, sondern als hochselektive molekulare Sonden, mit denen sich einzelne Moleküle in komplexen Gemischen aufspüren lassen. Dieser rote Faden verbindet alle folgenden Methoden.

Der ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) ist das wichtigste quantitative Verfahren. Das gesuchte Antigen wird über einen Fängerantikörper an eine Platte gebunden; ein zweiter, enzymgekoppelter Antikörper bindet daran, und nach Zugabe des Substrats entsteht eine Farbreaktion, deren Intensität der Antigenmenge proportional ist. So lassen sich Antigene oder Antikörper empfindlich messen — etwa im HIV-Suchtest oder im Schwangerschaftstest (Nachweis des Hormons hCG). Wichtig: Der ELISA weist Proteine bzw. Antikörper nach, die PCR dagegen Nukleinsäuren — beides darf man nicht verwechseln.

Für solche Tests braucht man stets gleiche, hochspezifische Antikörper. Diese liefern monoklonale Antikörper, die Köhler und Milstein 1975 mit der Hybridom-Technik herstellbar machten (Nobelpreis 1984): Eine antikörperproduzierende B-Zelle wird mit einer unbegrenzt teilungsfähigen Tumorzelle (Myelom) verschmolzen; die Hybridomzelle vereint beide Eigenschaften und produziert in Kultur unbegrenzt einen einzigen, gegen ein einziges Epitop gerichteten Antikörper. Im Gegensatz dazu sind polyklonale Antikörper ein Gemisch verschiedener Spezifitäten gegen mehrere Epitope.

Monoklonale Antikörper sind auch als Medikamente bedeutsam (erkennbar an der Endung „-mab"). In der Tumortherapie markiert etwa Rituximab gezielt das Oberflächenmolekül CD20 von B-Zell-Lymphomen; andere hemmen Entzündungsbotenstoffe bei Autoimmunerkrankungen. Einen Durchbruch brachten die Immun-Checkpoint-Inhibitoren (z. B. Anti-PD-1) der Immunonkologie: Sie lösen die „Bremse" der T-Zellen und lassen das Immunsystem den Tumor wieder bekämpfen.

Für die schnelle Vor-Ort-Diagnostik dienen Lateral-Flow-Schnelltests (z. B. der SARS-CoV-2-Antigentest): Markierte Antikörper binden das Antigen und wandern über einen Teststreifen zu einer Fängerlinie, wo sie eine sichtbare Bande erzeugen. Solche Tests sind schnell und einfach, aber weniger empfindlich und spezifisch als ein Labor-ELISA.

Schließlich erlaubt die Serologie eine zeitliche Einordnung von Infektionen. Da in der Erstantwort zuerst IgM und erst später IgG auftritt, zeigt ein IgM-Nachweis eine akute, ein IgG-Nachweis eine zurückliegende oder durch Impfung erworbene Immunität an. Aufwändigere Bestätigungstests (z. B. Western Blot oder Immunoblot) sichern ein Ergebnis ab. Zu beachten ist, dass ein positiver Antikörpertest Immunität belegt, aber nicht automatisch eine aktuelle Ansteckungsfähigkeit.

Typische Fehler

ELISA und PCR werden verwechselt — ELISA weist Proteine/Antikörper, PCR Nukleinsäuren nach.
Monoklonale und polyklonale Antikörper werden gleichgesetzt.
Ein positiver Antikörpertest wird mit aktueller Ansteckungsfähigkeit gleichgesetzt.
IgM- und IgG-Nachweis werden in ihrer zeitlichen Aussage vertauscht.

LK-Vertiefung

eA: Diskutieren Sie das Wirkprinzip von Immun-Checkpoint-Inhibitoren (Anti-PD-1/PD-L1) und ihre Bedeutung für die moderne Krebsimmuntherapie.

Aktive Wiederholung

Erläutern Sie das Prinzip eines ELISA-Tests und beurteilen Sie, wie sich über den Nachweis von IgM und IgG eine akute von einer zurückliegenden Infektion unterscheiden lässt.

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Quellen: Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020) (Kultusministerkonferenz) · Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1984 — Theorie der monoklonalen Antikörper (Jerne, Köhler, Milstein) (Nobel Foundation)

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Belege & Quellen

Quellen

Kultusministerkonferenz

Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife (KMK, 18.06.2020)

Robert Koch-Institut

Empfehlungen der Ständigen Impfkommission (STIKO)

Weltgesundheitsorganisation (WHO)

HIV/AIDS — Fact sheet

Nobel Foundation

Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1984 — Theorie der monoklonalen Antikörper (Jerne, Köhler, Milstein)

Siehe auch