Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 2 (2.1, 2.3.2, 2.3.3) · Abitur Hessen Biologietechnik LK 2022
Thema: Immunbiologie, Viren und immunologische Verfahren · Aus der Prüfung LK (2022)
Aufgabenstellung
Beim Diabetes mellitus Syndrom unterscheidet man zwischen dem Diabetes Typ-I und dem Diabetes Typ-II. Der Diabetes Typ-I ist eine so genannte Autoimmunerkrankung, bei dem sich die körpereigene Abwehr gegen Zellen richtet, in diesem Fall gegen die -Zellen der Bauchspeicheldrüse. In Folge der vernichteten -Zellen kann der Typ-I-Diabetiker kein Insulin mehr produzieren. Die Menschen mit Diabetes-Typ-I-Syndrom sind somit auf die Zufuhr von Insulin angewiesen. Insulin ist notwendig, um Glukose aus dem Blut in Zellen aufnehmen zu können. Insulin wird inzwischen fast ausschließlich biotechnologisch hergestellt. Beim Diabetes-Typ-II-Syndrom sind die -Zellen intakt. Häufig fehlen bei diesem Diabetes-Typ Insulinrezeptoren an den Zielzellen.
Die Synthese des Insulins in den -Zellen beginnt mit der Translation der m-RNA und endet mit der Abgabe ins Zytoplasma. Das so genannte Proinsulin enthält neben der A-Kette und der B-Kette noch ein C-Peptid. Das Proinsulin kann sich im Endoplasmatischen Retikulum falten und wird dann in den Golgi-Apparat aufgenommen. Die Abspaltung des C-Peptids erfolgt durch membranständige Proteasen.
Das im Blut zirkulierende Insulin wird in der Leber und den Nieren enzymatisch abgebaut. Dadurch beträgt die Halbwertszeit von Insulin etwa 7 bis 15 Minuten. Das gleichzeitig von den -Zellen abgegebene C-Peptid besitzt eine 10-mal höhere Halbwertszeit. Der Nachweis von Insulin und auch vom C-Peptid kann durch einen Immunoassay (ELISA) erbracht werden.
Material 5: Insulinmolekül
geändert nach: https://www.euroclinix.net/de/diabetes/insulin (abgerufen am 20.08.2019).
Material 6: Teilabschnitt ELISA
Hinweis: HRP ist die Abkürzung für die Meerrettichperoxidase, von englisch horseradish.
geändert nach: https://www.mybiosource.com/learn/wp-content/uploads/2017/06/Sanwich-ELISA.jpg (abgerufen am 23.08.2019).
2.1
Beschreiben und erläutern Sie die allgemeinen Vorgänge der spezifisch zellulären Immunabwehr im Rahmen der Bekämpfung von veränderten menschlichen Körperzellen. [9 BE]
2.3.2
Erläutern und erklären Sie die Funktionsweise des ELISA zum Nachweis von Insulin unter Einbeziehung von Material 6. [10 BE]
2.3.3
Leiten Sie eine Hypothese zum relativen Mengenverhältnis von Insulin und C-Peptid im Blut eines gesunden Menschen ab und zeigen Sie auf, ob mit der Bestimmung des C-Peptids im Serum einer Person nach einer Mahlzeit zwischen Diabetes Typ-I und Typ-II unterschieden werden kann. [6 BE]
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
2.1 Beschreiben und erläutern Sie die allgemeinen Vorgänge der spezifisch zellulären Immunabwehr im Rahmen der Bekämpfung von veränderten menschlichen Körperzellen.
Lösung: - Körperzellen präsentieren Antigene mithilfe der MHC I-Moleküle an ihrer Oberfläche. - Makrophagen phagozytieren Antigene, Zellbruchstücke bzw. ganze Zellen und präsentieren diese Antigenteile mithilfe ihrer MHC II-Moleküle auf der Zelloberfläche. - T-Helferzellen erkennen mit ihren spezifischen T-Zell-Rezeptoren die von Makrophagen präsentierten Epitope. Über diese Rezeptoren und CD4-Co-Rezeptoren kommt die Bindung zustande. - Cytokine werden ausgeschüttet und bewirken die Vermehrung und Differenzierung der CD8-T-Lymphozyten zu Cytotoxischen T-Zellen und T-Gedächtniszellen. Zusätzlich entstehen regulatorische T-Zellen. - Die Cytotoxischen T-Zellen erkennen die Körperzellen an den an MHC I-Molekülen präsentierten Epitopen. - Die Cytotoxischen T-Zellen schütten Perforine aus, die die Membran der Körperzellen durchlöchern, sodass diese lysieren. - Makrophagen werden angelockt und beseitigen die Abfälle.
2.3.2 Erläutern und erklären Sie die Funktionsweise des ELISA zum Nachweis von Insulin unter Einbeziehung von Material 6.
Lösung: Zunächst wird ein spezifischer Antikörper auf einem Probengefäß fixiert, dessen räumliche Struktur so gestaltet ist, dass er an die nachzuweisende Substanz, in diesem Fall Insulin, binden kann. Anschließend wird die zu untersuchende Probe hinzugegeben. Ist Insulin vorhanden, bildet sich ein Antikörper-Insulin-Komplex. Es schließt sich ein Waschvorgang an, bei dem nicht gebundene Substanzen entfernt werden. Im nächsten Schritt wird ein spezifischer, enzymgekoppelter Sekundärantikörper hinzugegeben, der im vorgegebenen Fall an das Insulin bindet. Nach einem weiteren Waschschritt, der alle nichtgebundenen Sekundärantikörper entfernt, wird ein für das Enzym Meerrettichperoxidase spezifisches Substrat zugegeben und inkubiert. Bei einer positiven Reaktion, also dem Vorhandensein von Insulin in der Probe, entsteht ein farbiges Produkt, dieses wird optisch detektiert.
2.3.3 Leiten Sie eine Hypothese zum relativen Mengenverhältnis von Insulin und C-Peptid im Blut eines gesunden Menschen ab und zeigen Sie auf, ob mit der Bestimmung des C-Peptids im Serum einer Person nach einer Mahlzeit zwischen Diabetes Typ-I und Typ-II unterschieden werden kann.
Lösung: - Hypothese: Das C-Peptid besitzt eine 10-fach höhere Halbwertszeit als Insulin. Folglich wird sich im Blut der Person auch deutlich mehr C-Peptid befinden als Insulin. - Differenzierung: C-Peptid kann zur Bestimmung der Funktion der β-Zellen genutzt werden. Da nur beim Diabetes Typ-I die β-Zellen zerstört sind, kann hier kein C-Peptid nachgewiesen werden. Beim Diabetes Typ-II kann hingegen C-Peptid nachgewiesen werden. Die hohe Halbwertszeit des C-Peptids gewährleistet relativ sichere Testergebnisse.
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