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Komplementsystem

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Biologie

Diese kurze Definition erklärt dir alles, was du zum Einstieg über das Komplementsystem wissen solltest:

Das Komplementsystem ist ein System aus Plasmaproteinen (Komplementfaktoren), das einen Teil des humoralen, angeborenen Immunsystems darstellt. Durch Interaktion mit Erregern führt es zu deren Abtötung.

Das Komplementsystem wirkt humoral, das heißt nicht zellulär, und ist nicht adaptativ. Es funktioniert also weitestgehend unabhängig vom immunologischen Gedächtnis und ist entsprechend nicht spezifisch auf bestimmte Erregerantigene ausgerichtet.

Stattdessen wird seine Funktion über mehr als 20 Proteine vermittelt, die nacheinander aktiviert werden. Es kann auf verschiedene Arten aktiviert werden und wirken.

Hast du schon die Überblicksartikel zum Thema Immunsystem gelesen? Wenn nicht: Los geht's! Sie werden dir helfen, dass Komplementsystem und seine Bedeutung besser zu verstehen.

Das Komplementsystem und seine Bestandteile

Die wichtigsten Bestandteile des Komplementsystems sind die Komplementfaktoren, die in der Leber produziert werden und anschließend ins Blut gelangen. Zu Beginn handelt es sich bei ihnen noch um inaktive Vorstufen, die sogenannten Zymogene.

Je nachdem, über welchen Weg die Komplementfaktoren schließlich aktiviert werden, benennt man sie unterschiedlich: Proteine des klassischen Weges haben Namen von C1 bis C9, während Faktoren des alternativen Weges mit Buchstaben bezeichnet werden. Was man unter diesen Aktivierungswegen versteht, erfährst du in einem der nächsten Abschnitte.

Welche Funktionen hat das Komplementsystem?

Opsonierung

Unter Opsonierung versteht man eine "Markierung" von Erregeroberflächen, sodass diese besser von anderen Immunzellen erkannt und phagozytiert werden können.

Stell dir die Opsonierung wie die Zuckerstreusel auf Eiscreme vor, nur eben für phagozytierende Abwehrzellen (Phagozyten). Sie erkennen und "essen" das Eis auch ohne, aber durch die Streusel wird es noch viel appetitlicher. Auf diese Weise funktioniert die Phagozytose, und somit die Erregerabwehr, deutlich effektiver.

Osmotische Zytolyse

Einige Komplementfaktoren bilden Poren in der Membran des Pathogens. Wasser und Ionen können dadurch plötzlich ungehindert einströmen. Durch die Schädigung der Zellmembran kommt es schließlich zur Zerstörung der Zelle, man spricht auch von Lyse. Vermittelt wird diese Funktion über einen Membranangriffskomplex, den du weiter unten kennenlernen wirst.

Freisetzung von Botenstoffen

Durch die Wirkung einiger Bestandteile des Komplementsystems als sogenannte Anaphylatoxine werden chemotaktische Botenstoffe freigesetzt, die schließlich Entzündungszellen anlocken.

Die Aktivierung des Komplimentsystems

So wie das Komplementsystem verschiedene Wirkungen haben kann, kann es auch auf verschiedene Weise aktiviert werden.

Dabei erfolgt die Aktivierung stets über limitierte Proteolyse. Das heißt, es werden enzymatisch Peptidfragmente aus den Plasmaproteinen abgespalten. Beide dabei entstehenden Teile können anschließend ihre spezifische Wirkung entfalten.

Das Ganze funktioniert kaskadenartig, ein bisschen als ob man eine Reihe von Dominosteinen anstößt.

Falls du dich damit schon beschäftigt hast, könnte dich das Prinzip der kaskadenartigen Aktivierung auch an die Gerinnungskaskade des Blutes erinnern.

Klassischer Weg

Beim klassischen Weg erfolgt die Aktivierung über Antigen-Antikörper-Komplexe.

Eingeleitet wird die Kaskade vom Faktor C1. Dieser kann an einen Antikörper binden, der sich zuvor mit dem passenden Antigen an der Erregeroberfläche verbunden hat. Auch eine direkte Bindung an das Pathogen ist möglich, also ohne dazwischen geschalteten Antikörper. In diesem Fall spricht man von antikörperunabhängiger klassischen Komplementaktivierung.

Nach der Bindung an den Erreger kann C1 die limitierte Proteolyse der Komplementfaktoren C2 und C4 einleiten. Sie zerfallen in kleine (benannt C2a und C4a) und große (benannt C2b und C4b) Peptideinheiten.

Die großen Spaltpeptide lagern sich zusammen und bilden die sogannte klassische C3-Konvertase. Sie besitzt die Fähigkeit, den Komplementfaktor C3 in seine Untereinheiten C3a und C3b zu spalten.

Generell werden die Spaltpeptide so bezeichnet, dass man erkennt, welches der kleine und welches der große Teil ist. Die großen Abschnitte enden mit einem b (z.B. C2b), die kleinen mit einem a (z.B. C2a).

Alternativer Weg

Für den alternativen Weg werden keine Antikörper benötigt. Stattdessen kommt es vollkommen spontan zur Proteolyse des Komplementfaktors C3 in C3a und C3b.

Bindet C3b an Mikroorganismen kommen nun auch die Faktoren B und D des alternativen Weges ins Spiel. Mit deren Hilfe wird der Komplex C3bBb gebildet, der als alternative C3-Konvertase bezeichnet wird. Sie erfüllt den gleichen Zweck wie die klassische C3-Konvertase.

Lektin-Weg

Beim Lektin-Weg ist das sogenannte Mannose-bindende Lektin (kurz MBL) relevant. Es kommt im Blutplasma vor und kann an bestimmte Kohlenhydratreste an Erregeroberflächen binden. Dadurch werden MBL-abhängige Proteasen aktiviert, die MASPs. Auch sie katalysieren eine Reaktion, bei der schließlich die klassische C3-Konvertase entsteht.

Ziel der Aktivierungswege

Du hast es sicher schon bemerkt: Das gemeinsame Ziel der verschiedenen Aktivierungswege ist die Bildung eines Proteins, das C3 in C3b und C3a spalten kann: Die C3-Konvertase. C3b und C3a haben schließlich verschiedene Funktionen und Auswirkungen.

Welche Auswirkungen hat das Komplementsystem?

Nun lernst du, welche Effekte durch die genannten Reaktionen ausgelöst werden können. Es handelt sich hierbei um eine gemeinsame Endstrecke aller Aktivierungswege, die weiterhin im Ansatz dem Prinzip der "Aktivierungskaskade" folgt.

Nachdem nun C3b entstanden ist, hat es verschiedene Wirkungsmöglichkeiten:

Abbau

Nicht immer wird ein Dienst von C3b benötigt. Ohne eine passende Bindungsstelle wird C3b daher inaktiviert.

Wirkung als Regulator

Ist jedoch eine Immunreaktion nötig, so soll diese möglichst stark und effektiv ablaufen. Deshalb führt eine Bindung von C3b an eine Zelle zur weiteren Aktivierung des alternativen Weges. Dieses Prinzip wird auch als positive Rückkopplung bezeichnet.

Wirkung als Opsonin

Was Opsonierung ist, hast du bereits gelernt. Auch C3b kann als Opsonin wirken und somit die Phagozytose verbessern.

Bildung C5-Konvertase

Ebenfalls sehr wichtig für weitere Reaktionen ist die Bildung der C5-Konvertase, die C3b im Komplex zusammen mit einer C3-Konvertase bildet.

Wie ihr Name schon verrät, katalysiert sie die Spaltung des Komplementfaktors C5 in seiner Spaltpeptide C5a und C5b.

C5b ist essenziell für die Funktion des Komplementsystems, denn es induziert die Bildung eines Membranangriffkomplexes (kurz MAC). An C5b können die Faktoren C6, C7 und C8 binden. Nur durch sie kann schließlich ein Komplex aus mehreren C9-Monomeren in der Membran verankert werden und eine Pore bilden. Wie oben besprochen führt dies zu Ionen- und Wassereinstrom, was die Lyse der Zelle zur Folge hat.

Schicksal der kleinen "a"-Peptideinheiten

Sicher hast du dich schon gefragt, welche Funktion die mit a benannten Spaltpeptide erfüllen. Nutzlose Überreste sind sie auf jeden Fall nicht, ganz im Gegenteil. C3a, C4a und C5a sind Anaphylatoxine. Du hast gelernt, dass sie eine Entzündungsreaktion herbeiführen. Dies ist möglich, da sie die Freisetzung von Histamin, Leukotrien und Heparin, sowie weiteren Botenstoffen wie bewirken.

Insgesamt kommt es durch die kleinen Peptideinheiten zu einer Erweiterung der Gefäße (= Vasodilatation) und einer lokalen Entzündungsreaktion.

Abbildung 1: Komplementkaskade, Quelle via Wikipedia

Wie wird das Komplementsystem reguliert?

Das Komplementsystem muss reguliert werden, um die körpereigenen Zellen vor einem Angriff zu schützen. Dazu exprimieren diese Zellen bestimmte Hemmstoffe, sodass das Komplementsystem an ihrer Oberfläche nicht mehr aktiviert werden kann.

Das Komplementsystem - Das Wichtigste auf einen Blick

Jetzt haben wir das Wichtigste besprochen, hier ist es noch einmal zusammengefasst:

  • Das Komplementsystem gehört zum humoralen, angeborenen Immunsystem.
  • Die wichtigsten Bestandteile sind verschiedene Plasmaproteine, die Komplementfaktoren, die kaskadenartig aktiviert werden.
  • Die Aktivierung kann über drei verschiedene Wege erfolgen.
  • Am Ende kommt es zur Bildung einer C3-Konvertase, einer C5-Konvertase und schließlich zur Ausbildung eines Membranangriffskomplexes.
  • Grob zusammengefasst sind die Funktionen des Komplementsystems: Opsonierung von Pathogenen, Herbeiführung der Osmotischen Zytolyse durch den MAC, Freisetzung von Botenstoffen (Entzündungsreaktion).

FERTIG!

Du hast nun das Komplementsystem kennengelernt. Sicher sind auch die anderen Artikel über das Immunsystem interessant für dich!

Komplementsystem

Komplementfaktoren sind Plasmaproteine, die in der Leber gebildet werden und wesentlich sind für die Abwehrfunktion des Komplementsystems.

Das Komplementsystem funktioniert über ein System von Plasmaproteinen, den Komplementfaktoren. Sie werden kaskadenartig aktiviert und führen zu Opsonierung  und osmotischer Zytolyse von Pathogenen, sowie Freisetzung von Botenstoffen.

Das Komplementsystem wird aktiv, wenn eine Immunantwort erforderlich wird, also wenn Erreger im Körper erkannt werden. Anschlißend kann es auf verschiedene Weise aktiviert werden.

Das Komplementsystem lässt sich auf drei Wegen aktivieren: den klassischen Weg, den alternativen Weg und den Lektin-Weg.

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