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B- und T-Lymphozyten

Zwei Aufgaben zu B- und T-Lymphozyten — mit einem Blutbild und einem Markierungsversuch.

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Ein Blutbild

AFB I–II

In einem Mikroliter Blut eines gesunden Erwachsenen findet man rund 7 000 weiße Blutzellen, davon etwa 30 % Lymphozyten. Von den Lymphozyten sind etwa 15 % B-Zellen und 75 % T-Zellen; zwei Drittel der T-Zellen tragen CD4, ein Drittel CD8.

  1. Berechne die Zahl der B-Zellen, CD4-T-Zellen und CD8-T-Zellen pro µl Blut.
  2. Beschreibe die Herkunft und Reifung von B- und T-Lymphozyten.
  3. Erkläre, wie aus Zellen mit gleichem Erbgut so verschiedene Zelltypen entstehen.
  4. Begründe, warum jede Rezeptorsorte im Blut nur in sehr wenigen Zellen vorkommt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Zuerst die Zahl der Lymphozyten bestimmen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Knochenmark, Thymus.
Hinweis zu Aufgabe c)
Genaktivität.
Hinweis zu Aufgabe d)
Millionen Sorten, begrenzte Zellzahl.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Lymphozyten: 0,3 · 7 000 = 2 100. B-Zellen: 0,15 · 2 100 = 315. T-Zellen: 0,75 · 2 100 = 1 575; CD4: 1 050, CD8: 525 pro µl.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beide stammen von Stammzellen im Knochenmark. B-Lymphozyten reifen im Knochenmark, T-Lymphozyten wandern in den Thymus und reifen dort. Während der Reifung bildet jede Zelle zufällig eine Rezeptorsorte; selbsterkennende Zellen werden aussortiert.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Alle Zellen besitzen dasselbe Erbgut; in verschiedenen Zelltypen sind aber unterschiedliche Gene an- oder abgeschaltet (Zelldifferenzierung). Dadurch bilden sie verschiedene Proteine, z. B. Antikörper oder CD4.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Es gibt Millionen verschiedener Rezeptorsorten, aber nur eine begrenzte Zahl von Lymphozyten; jede Sorte ist deshalb nur durch einen kleinen Klon vertreten. Erst nach Antigenkontakt wird der passende Klon stark vermehrt.

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Das Experiment mit markierten B-Zellen

AFB II–III

Forschende markieren in einer Maus alle B-Zellen, die ein bestimmtes Antigen X binden, mit einem Farbstoff. Vor der Impfung mit X sind 0,001 % aller B-Zellen markiert. Zehn Tage nach der Impfung sind es 2 %. Die markierten Zellen tragen alle denselben Rezeptor.

  1. Ermittle, um welchen Faktor der Anteil der markierten Zellen gestiegen ist.
  2. Deute die Ergebnisse mithilfe der klonalen Selektion.
  3. Vergleiche die Vorhersagen der Selektionstheorie mit einer „Anpassungstheorie“, nach der sich Rezeptoren an das Antigen angleichen.
  4. Bewerte, ob der Versuch zwischen beiden Theorien unterscheiden kann.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
2 % : 0,001 %
Hinweis zu Aufgabe b)
Auswahl — Vermehrung — gleicher Rezeptor.
Hinweis zu Aufgabe c)
Was müsste man vor der Impfung jeweils finden?
Hinweis zu Aufgabe d)
Welche Beobachtung passt nur zu einer Theorie?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

2 : 0,001 = 2 000 — der Anteil ist 2 000-mal so groß.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Schon vor der Impfung gibt es wenige Zellen mit passendem Rezeptor. Das Antigen wählt sie aus; sie teilen sich durch Mitose zu einem großen Klon mit identischem Rezeptor.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Selektionstheorie: passende Zellen existieren vor dem Antigenkontakt; nach Kontakt Vermehrung genau dieser Zellen. Anpassungstheorie: vor dem Kontakt keine passenden Zellen; danach verschiedene Zellen, die ihren Rezeptor umbauen — keine einheitliche Abstammung.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Der Versuch spricht für die Selektionstheorie: Es gab schon vor der Impfung markierbare Zellen, und danach tragen alle denselben Rezeptor. Um die Abstammung von einer Zelle sicher zu zeigen, müsste man zusätzlich einzelne Zellen verfolgen; der Versuch ist also ein starker, aber kein vollständiger Beleg.