Klassen-Lerntext für die Klasse 9.2A

Roland Heynkes, 27.7.2022

Gliederung

	11.2.21 Gesund sein - Krankheiten abwehren - Unser Körper kann sich wehren
	8.2.21 Bakterien als Krankheitserreger
	4.2.21 Was Infektionskrankheiten hervorruft
	1.2.21 Wenn es einen erwischt hat!
	Die Sicherheitsbelehrung
	2. Halbjahr (aktuell)
	Immunsystem
	1. Halbjahr (abgeschlossen)
	Gene und Vererbung
	Einstieg in die Zellbiologie
	evolutionärer Wettkampf Zelle gegen Viren

Aufgabe 1:

Gelangen Krankheitserreger (Viren, Bakterien, Pilze oder tierische Parasiten) in unseren Körper, dann werden diese Mikroorganismen zunächst von Fresszellen angegriffen. Dabei konzentrieren sich die Makrophagen ganz auf das Fressen und bleiben vor Ort, bis die Krankheitserreger vernichtet sind. Die dendritischen Zellen fressen nur wenige Krankheitserreger, denn sie sind spezialisiert auf das Präsentieren von Erkennungszeichen der Krankheitserreger. In Haut und Schleimhäuten übernehmen Langerhans-Zellen das Fressen und Zerlegen von Krankheitserregern und reifen (differenzieren) auf dem Weg durch feine Lymphgefäße zum nächsten Lymphknoten zu dendritischen Zellen.

Lymphknoten und große Lymphgefäße des Menschen
Blausen Medical Communications, CC BY 3.0

Dendritische Zellen zerlegen gefressene Krankheitserreger in ihre Makromoleküle und binden Bruchstücke (Peptide) der fremden Proteine an MHC-2-Präsentierteller. Dann transportieren sie die Präsentierteller mit den daran gebundenen Antigenen auf ihre Zelloberflächen. Während dessen wandern dendritische Zellen zu nahegelegenen Lymphknotenen. Dort werden ihre Präsentierteller von T-Zell-Rezeptoren zahlreicher T-Helferzellen abgetastet. Passt ein T-Zell-Rezeptor wie ein Doppelschloss zu zwei Schlüsseln sowohl auf einen MHC-2-Präsentierteller als auch zu dem darauf liegenden Peptid, dann wird die T-Helferzelle aktiviert.

Aktivierte T-Helferzellen vermehren sich durch mehrfache Zellteilung. Danach begibt sich ein Schwarm aktivierter Tochterzellen mit vereinten Kräften auf die Suche nach einer B-Zelle, die genau zu dem aktivierenden Antigen passende Antikörper produziert und sich deshalb zur Bekämpfung des Krankheitserregers eignet. Gefunden wird diese B-Zelle dadurch, dass auf ihren MHC-2-Präsentiertellern das gleiche (nicht das selbe) Peptid liegt, welches die T-Helferzelle schon auf dem MHC-2-Präsentierteller der dendritischen Zelle "erkannt" hatte. Passen der T-Zell-Rezeptor und das Peptid auf dem MHC-2-Präsentierteller der B-Zelle wie Schloss und Schlüssel zusammen, dann wird die B-Zelle aktiviert.

Aktivierte B-Zellen vermehren sich durch mehrfache Zellteilungen. Zwischen den Zellteilungen verändern sich die meisten ihrer Tochterzellen und spezialisieren sich (differenzieren) dabei mehr und mehr zu total auf die Massenproduktion von Antikörpern spezialisierten Plasmazellen. Manche der Tochterzellen werden aber auch zu Gedächtniszellen, die noch viele Jahre in Bereitschaft bleiben, um uns vor dem Krankheitserreger zu schützen. Wurde die Vermehrung der Krankheitserreger durch die Antikörper erfolgreich gestoppt, dann sterben die meisten Plasmazellen.

Aufgabe 2a:

Eingedrungene Krankheitserreger werden von vielen verschiedenen weißen Blutkörperchen unschädlich gemacht.

Aufgabe 2b:

Das folgende Schema zeigt die wichtigsten Zelltypen des Immunsystems und ihre Aufgaben.

Aufgabe 2c:

Die Antikörper binden ganz spezifisch nur eine Sorte von Antigenen auf den Oberflächen von Krankheitserregern. Da jedes Antigen auf der Oberfläche eines Krankheitserregers in vielen Exemplaren vorkommt, wird der Krankheitserreger von Antikörpern umhüllt. Dadurch kann er kaum noch mit den Zellen des infizierten Körpers in Berührung kommen. Weil jeder Antikörper zwei Arme hat, kann ein Antikörper zwei Krankheitserreger mit einander verkoppeln. So können viele Antikörper viele Krankheitserreger verklumpen und bewegungsunfähig machen. Außerdem erleichtern Antikörper den Makrophagen das Fressen der Krankheitserreger, und mit Hilfe bestimmter Blut-Eiweiße können Antikörper sogar Krankheitserreger töten.

Tetanus oder Wundstarrkrampf ist eine Krankheit, die von Bakterien verursacht wird. Gelangen diese Bakterien aus Straßenstaub oder Erde in eine offene Wunde, dann können sie sich im Gewebe vermehren und ein Gift abgeben, welches sich über die Nerven ausbreitet und schmerzhafte Krämpfe in den Muskeln verursacht. Unbehandelt führt Tetanus zu einem qualvollen Tod durch Ersticken. Deshalb lässt man sich vernünftigerweise regelmäßig dagegen impfen.

Nach Auskunft des Robert-Koch-Institutes kommen Salmonellen am häufigsten in unseren landwirtschaftlich genutzten Haustieren vor. Rinder, Schweine und Geflügel und daraus erzeugte tierische Lebensmittel sind die häufigsten Infektionsursachen. Salmonellen können aber auch durch andere Lebensmittel übertragen werden. Deshalb sollte man sich gründlich die Hände waschen, wenn man insbesondere Lebensmittel tierischer Herkunft angefasst hat. Kochen und Braten vernichten die Krankheitserreger zuverlässig. Aber in rohen Eiern vermehren sie sich langsam. Deswegen sollte man sie nicht zu lange und möglichst kühl lagern.

Antibiotika werden hauptsächlich in der Tiermast benutzt, obwohl dieser massenhafte Missbrauch die Entwicklung multiresistenter Bakterien fördert, die jedes Jahr viele Tausend Menschen töten. Eigentlich sollten Antibiotika nur benutzt werden, um Tiere und vor allem Menschen zu behandeln, die aufgrund einer bakteriellen Infektion tatsächlich krank sind.

Mir ist keine Infektionskrankheit bekannt, die nicht ansteckend ist. Denn wäre sie nicht ansteckend, dann hieße sie nicht Infektionskrankheit. Infektionskrankheiten werden durch mikroskopisch kleine Krankheitserreger übertragen. Dabei handelt es sich meistens um Viren oder Bakterien, aber es können auch Pilze oder andere eukaryotische Parasiten sein.

Krankheitserreger können überall in unsere Körper eindringen, wo wir nicht durch unverletzte Haut geschützt sind. Das ist der Fall an unseren natürlichen Körperöffnungen Augen, Nase, Mund sowie den Ausgängen von Darm und Harnröhre. Bei Frauen können Krankheitserreger auch in die Vagina eindringen. Zeitweise durchstechen auch parasitische Insekten, Zecken oder Milben die Haut und können dabei Krankheitserreger übertragen. Hinzu kommen noch Wunden aufgrund von Unfällen oder medizinischen Eingriffen.

1. Bild a zeigt Zehen mit Fußpilz. Man kann Fußpilz mit speziell gegen Pilze wirkenden Medikamenten behandeln, aber das dauert sehr lange und ist of nicht dauerhaft erfolgreich.
2. Bild b zeigt das Röntgenbild eines Menschen, dessen Lunge von Tuberkulose-Bakterien angegriffen wird. Im Prinzip kann man Tuberkulose mit Antibiotika behandeln, aber die Behandlung dauert sehr lange und oft sind die Tuberkulose-Bakterien immun gegen mehrere Antibiotika.
3. Bild c zeigt ein Kind mit Masern, die vom hochansteckenden Masern-Virus verursacht werden. Gegen Masern hilft noch kein Medikament und manchmal bewirken die Viren bei Kindern Jahre nach der Infektion eine tödliche Hirnzerstörung. Deshalb ist die Masern-Impfung sehr wichtig.

Mit Hilfe des Videos: "Bestandteile des Immunsystems - Einführung" von: "Simple Biology" sollten 4 Fragen beantwortet werden:

1. Was sind die "Angreifer"?
2. Woraus besteht die 1. Abwehrstufe?
3. Welche beiden Abwehrsysteme folgen auf die erste Abwehrstufe?
4. Welche Zellen sind an der Abwehr beteiligt?

1. Die im Video gezeigten "Angreifer" sind Bakterien, Viren, Pilze, Parasiten, Fremdstoffe wie Asbest, Blei oder Quecksilber, aber auch außer Kontrolle geratene Körperzellen. Glücklicherweise ist aber die Behauptung des Films nicht wahr, dass diese uns krank machen wollen. Denn wer kein Gehirn hat oder nicht einmal ein Lebewesen ist, kann auch nichts wollen.
2. Als Abwehrsystem - Stufe 1 nennt das Video mechanische und physiologische Barrieren, die das Eindringen von Krankheitserregern in den Körper verhindern. Als Beispiele nennt das Video die Haut mit ihrem dünnen Säureschutzmantel aus Schweiß und Talg, unsere Schleimhäute, Härchen in der Nase, Enzyme in Speichel und Tränenflüssigkeit und die Magensäure.

3. Dennoch in den Körper gelangte Krankheitserreger werden zunächst von der sogenannten: "angeborenen, unspezifischen Immunabwehr" bekämpft. Es reagiert sofort und muss die Krankheitserreger bzw. deren auf der Oberfläche sitzende Antigene nicht schon kennen. Die unspezifische Immunabwehr kann die Krankheitserreger auch gar nicht kennen, weil es sich nichts merkt. Gleichzeitig beginnt aber ein anderer Teil des Immunsystems, die sogenannte: "erworbene, spezifische Immunabwehr" zu entwickeln.

   Diese beiden Teile unseres Immunsystems bestehen wiederum aus jeweils zwei Teilen - dem zellulären und dem humoralen Anteil. Wie der Name schon sagt, besteht der zelluläre Anteil natürlich aus Zellen. Das Video nennt Granulozyten, Monozyten, Makrophagen, dendritische Zellen, Mastzellen und natürliche Killerzellen, die alle zu den weißen Blutkörperchen oder Leukozyten gehören. Die für die Bekämpfung von Viren und Krebszellen äußerst wichtigen T-Killerzellen haben die Macher des Videos wohl vergessen. Die Granulozyten, Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen zählt das Video zu den Phagozyten, die Krankheitserreger fressen. Die Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen sind gleichzeitig Antigen-präsentierende Zellen. Das bedeutet, dass sie die Krankheitserreger zerlegen und Bruchstücke davon auf speziellen Präsentiertellern anderen Zellen des Immunsystems zeigen. Antigene sind Eiweiße auf den Oberflächen von Krankheitserregern, die das Immunssystem als fremd erkennt. Indem Antigen-präsentierende Zellen Antigene von Krankheitserregern zeigen, aktivieren sie den spezifischen Teil unseres Immunsystems. Leider erweckt das Video durch ungeschickte Formulierung den Eindruck, die natürlichen Killerzellen könnten aufgrund dieser Antigen-Präsentation die von Viren befallenen Zellen an den Antigenen erkennen und töten. Tatächlich tun das die T-Killerzellen.

   Mit dem humoralen Anteil sind Körperflüssigkeiten wie das Blutplasma und die Lymphe gemeint bzw. Abwehrstoffe, die sich in den Körperflüssigkeiten befinden. Dazu gehört das Komplementsystem. Das sind Plasma- oder genauer Blutplasma-Eiweiße, die Krankheitserreger binden, markieren (Opsonierung) oder zerstören. Markierte Krankheitserreger werden leichter von den Makrophagen genannten großen Fresszellen erkannt und gefressen. Ein anderer Teil der humoralen Abwehr sind die hormonartigen Zytokine. Diese Botenstoffe regulieren die Aktivitäten der Leukozyten, werden aber auch von ihnen selbst abgegeben. Sie lösen unter anderem Fieber aus, lenken die Abwehrzellen zu den Krankheitserregern und verstärken dort die Gefäß-Durchblutung.

   Die erworbene, spezifische Immunabwehr kann erstmals im Körper auftauchende Krankheitserreger nicht sofort bekämpfen. Es braucht eine bis mehrere Wochen, um seine mächtigen, genau an den jeweiligen Krankheitserreger angepassten Waffen zu entwickeln. Wurde ein Krankheitserreger erfolgreich bekämpft, bleiben Gedächtniszellen der erworbenen, spezifischen Immunabwehr noch viele Jahre erhalten und können alle schon bekannten Krankheitserreger immer wieder sofort bekämpfen.

   Der zelluläre Anteil des spezifischen Anteils des Immunsystems besteht hauptsächlich aus T-Lymphozyten und B-Lymphozyten, die beide zu den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) gehören. Beide haben auf ihren Oberflächen kleine Rezeptoren, mit denen sie jeweils eine Struktur binden können. Wenn das passiert werden sie aktiviert, vermehren sich und bekämpfen dann alle Krankheitserreger mit der von ihnen erkannten Struktur, bei der es sich normalerweise um ein Protein handelt. Durch Kontakt mit dem Krankheitserreger aktivierte T-Lymphozyten sollen sich zu T-Helferzellen, cytotoxischen T-Zellen oder T-Gedächtniszellen entwickeln. Soweit ich es kenne, sind T-Helferzellen aber schon vor dem Kontakt mit ihrem Krankheitserreger T-Helferzellen. Aktivierte B-Lymphozyten entwickeln sich entweder zu Plasmazellen oder zu B-Gedächtniszellen. Die B-Lymphozyten gehören auch zu den Antigen-präsentierende Zellen.

   Der humorale Anteil des spezifischen Anteils des Immunsystems besteht aus Antikörpern im Blut, der Lymphe und anderen Körper-Flüssigkeiten. Antikörper werden in riesigen Mengen von Plasmazellen produziert. Manche Antikörper passen zu manchen Antigenen wie Schloss und Schlüssel. Antikörper markieren Krankheitserreger für die Makrophagen. Vom Video leider unerwähnt bleibt, dass Antikörper darüber hinaus Krankheitserreger verklumpen, am Eindringen in Zellen hindern, dem Komplenentsystem beim Abtöten von Krankheitserregern helfen und in den Zellen Viren für das in der Zelle arbeitende Abwehrsystem markieren.

4. Die an der Immunabwehr beteiligten Zellen sind die weißen Blutkörperchen oder Leukozyten. Das Video nennt Granulozyten, Monozyten, Makrophagen, dendritische Zellen, Mastzellen, natürliche Killerzellen, T-Lymphozyten und B-Lymphozyten, T-Helferzellen, cytotoxische T-Zellen oder T-Gedächtniszellen, Plasmazellen oder B-Gedächtniszellen. Es fehlen die wichtigen T-Killerzellen, die das Video mit den natürlichen Killerzellen verwechselt.

Grippe ist eine ansteckende Krankheit. Sie verläuft in folgenden Abschnitten: Ansteckung (Infektion), Inkubationszeit, Erkrankung mit typischen Kennzeichen (Symptomen) und schließlich meist Gesundung (Genesung).

Achtung! Beim Niesen und Husten soll man NICHT die Hand vor den Mund halten, weil man sonst mit den Händen die Krankheitserreger überall verteilt. Der moderne Mensch niest und hustet deshalb in die Armbeuge.

In großen Menschenansammlungen kann man sich leicht anstecken, wenn unter den Menschen jemand infektiös ist und man ihm nah genug für die Übertragung von Körperflüssigkeiten kommt. Im Freien muss man infektiösen Menschen dazu sehr nah kommen. Außerdem muss der Kontakt ausreichend lange dauern, weil man eine bestimmte Mindestmenge von Erregern aufnehmen muss, um tatsächlich infiziert zu werden. Das passiert sehr viel leichter in geschlossenen Räumen, weil sich darin feinster, unsichtbarer Nebel aus ausgeatmeten Tröpfchen in der Raumluft sammelt. Das nennt man Aerosole und sie sind gerade in der Corona-Pandemie mit Abstand die Hauptursache für Ansteckungen.

Für viele asiatische Länder ist die aktuelle nicht die erste Corona-Epidemie. Die Menschen dort sind deshalb schon länger an das Tragen von Masken gewöhnt. Als in Deutschland noch der Nutzen von Masken bestritten wurde, wussten die Asiaten längst, dass Masken das Risiko einer Infektion deutlich reduzieren. Im Gegensatz zu unserer wussten das auch die asiatischen Regierungen und hatten vorgesorgt. Darum gab es in Asien von Anfang an genügend Masken für Alle, während die deutsche und andere europäische Regierungen den von Fachleuten schon vor Jahren ausgearbeiteten Pandemieplan nie ernst genommen und umgesetzt haben.

Ein besonderes Problem der aktuellen Corona-Pandemie ist, dass Menschen schon infektiös sein können, wenn sie sich noch völlig gesund fühlen. Das ist aber von Virus zu Virus unterschiedlich.

Das Corona-Virus SARS-CoV-2 stammt wohl ursprünglich von Tieren, wahrscheinlich von Fledermäusen. In Fledermäusen vermehren sich viele Viren, ohne das die Tiere davon krank werden. Wie genau es zum Menschen kam, ist nicht bekannt. Aber es verursacht eine typische Zoonose namens Covid 19. Typisch für Zoonosen ist, dass der Krankheitserreger noch nicht gut an seinen neuen Wirt angepasst ist. Er braucht noch einige Mutationen, damit er infektiöser (ansteckender) und gleichzeitig weniger krankmachend wird. Denn am besten vermehren sich die Viren, die möglichst ansteckend sind und gleichzeitig ihren Wirt nicht daran hindern, andere Menschen zu treffen und sie anzustecken. Und würde das neue Corona-Virus nicht so viele alte Menschen töten, dann hätte die Menschheit niemals so schnell Impfstoffe dagegen entwickelt und alle dummen Maßnahmen zu seiner Bekämpfung beschlossen. Vor allem die Impfstoffe bedrohen die Existenz des SARS-CoV-2, während besser angepasste Corona-Viren als harmlose Schnupfen-Viren nicht ernst genommen und nicht bekämpft werden. Sie dürfen sich hemmungslos vermehren.

Es gäbe auch intelligentere Maßnahmen zur Reduzierung der SARS-CoV-2-Infektionen. Hätte man zu Beginn der Pandemie für jeden Klassenraum und jedes Geschäft eine kräftige Frischluftzufuhr und HEPA-Schwebstofffilter (High-Efficiency Particulate Air/Arrestance) bestellt und die Luft geschlossener Räume oberhalb von 2 Metern ständig mit UV-Licht bestrahlt, dann müsste man auch während einer Pandemie keine Schule und kein Geschäft schließen. Dann würde es nämlich völlig ausreichen, mit Hilfe von Plexiglastrennscheiben die direkte Tröpchen-Infektion verhindern. Man hätte sogar ganz ohne die Technik allein mit Intelligenz das Infektionsrisko erheblich durch Halbierung der Klassengrößen senken können, wenn man jeden zweiten Präsenz-Unterricht in der Schule durch eine entsprechend umfangreiche Hausaufgabe ersetzt hätte. Und wer nicht Zuhause lernen kann, hätte in einem der vielen leerstehenden Hotels, Restaurants oder Geschäften von einem der vielen zur Arbeitslosigkeit gezwungenen Menschen unterstützt werden können. Der Vorteil solch einer intelligenten Lösung wäre gewesen, dass wir viel weniger Tote, Arbeitslose und Pleiten hätten nicht auf so vieles verzichten müssten, was die menschliche Kultur und Zivilisation ausmacht.

Hier findet Ihr die Sicherheitsbelehrung für Biologie-Räume.

Zum Thema Immunsystem habe ich einen Lerntext Immunsystem.

Alles was wir zum Thema Genetik und Epigenetik gemacht haben und was Ihr noch erarbeiten könnt, findet Ihr zum Nachlesen in folgenden Lerntexten:

• Fernsehdokumentation Metamorphose
• Lerntext Genetik

Hier folgen die digitalen Arbeitsblätter (Lernmodule) für die selbständige Erarbeitung des Lernstoffs und das Einüben von Aufgaben mit Material im Sinne einer Klausur:

• Aufgaben (PDF) und Antworten zur kritischen Zusammenfassung der Fernsehdokumentation Metamorphose
• Aufgaben (PDF) und Antworten zum Kapitel Zellkerne als Bibliotheken eukaryotischer Zellen im Lerntext Organellen
• Aufgaben und Antworten zum Kapitel: "Chromosomen sind die Kochbücher des Lebens" und den folgenden 5 Kapiteln im Lerntext Organellen
• Aufgaben und Antworten zum Lerntext: "Genetik für die gymnasiale Sekundarstufe 1"

Inhaltliche Schwerpunkte sollen sein:

• Klassische Genetik (Vererbung, Familienstammbäume, Mendelsche Regeln, dominante und rezessive Erbgänge, Gene, Allele, Chromosomen, Chromosomenverteilung in Mitose und Meiose),
• Molekulargenetik (Aufbau und Funktion der DNA, Vom Gen zum Protein, Produkte aus dem Gen-Labor),
• Veränderungen des Erbgutes (Mutationen, natürlich oder gentechnisch).

Hier geht es zum Einstieg in die Zellbiologie.

Sehr anschaulich verständlich macht das Innere einer Zelle eine Animation des Abwehrkampfes einer Zelle gegen Adenoviren, die sich in ihr zu vermehren versuchen. Man kann diese Dokumentation immer wieder im Fernsehen, aber auch meistens im World Wide Web sehen. Zuletzt fand ich sie hier

Damit sich alle Lernenden voll auf die einmaligen Bilder konzentrieren können, habe ich den Inhalt des Films in einer eigenen Dokumentation zusammengefasst.

In diesem Films erkennt man wichtige Prinzipien der Biologie:

• Lebewesen bauen Strukturen ab, die sie länger nicht benutzt haben.
• Lebewesen verstärken oder vermehren Strukturen, die sie intensiv benutzten bzw. trainieren.
• Alle Strukturen in und auf Lebewesen haben Funktionen, für die ihre Formen durch die Evolution optimiert wurden.

buchunabhängige Lerntexte

Lernmodule

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Roland Heynkes, CC BY-SA-4.0