Humorale Faktoren: Lysozym und Komplementsystem
Lysozym und das Komplementsystem sind gelöste Abwehrstoffe der angeborenen Immunität: Das eine zerlegt Bakterienzellwände, das andere markiert Erreger, lockt Abwehrzellen an und bohrt Poren in Membranen.
Das Wichtigste in Kürze
- Lysozym und das Komplementsystem sind humorale Faktoren der unspezifischen, angeborenen Abwehr.
- Lysozym ist ein körpereigenes Enzym in Tränenflüssigkeit und Speichel und wird technisch aus Hühnereiern gewonnen.
- Lysozym ist eine Hydrolase (Muraminidase) und spaltet die β-1,4-glykosidische Bindung zwischen MurNAc und GlcNAc im Peptidoglykan, nicht die Peptidanteile.
- Das Komplementsystem wirkt proinflammatorisch, vor allem über C5a, das neutrophile Granulozyten anlockt. C3b opsoniert.
- Der Membranangriffskomplex besteht aus den Komplementproteinen C5b bis C9. Polymerisiertes C9 bildet die Pore, durch die Wasser einströmt.
Worum es geht
Neben Zellen besitzt die angeborene Abwehr gelöste Proteine, die in Sekreten und im Blut sofort einsatzbereit sind. Zwei davon stehen hier im Mittelpunkt: das Enzym Lysozym und das Komplementsystem mit dem Membranangriffskomplex. Für die Pharmazie sind sie wichtig, weil sie zeigen, wie der Körper Bakterien ohne Antikörper angreift und wie Entzündungen entstehen.
Lysozym: Vorkommen
Die angeborene Abwehr arbeitet mit Zellen und mit gelösten Stoffen. Die gelösten Stoffe nennt man humorale Faktoren, nach dem alten Wort humor für Körperflüssigkeit. Sie erkennen keine einzelnen Antigene und gehören deshalb zur unspezifischen Abwehr. Die Zellen dieser Abwehr behandelt die Einheit Angeborene Abwehr: Prinzipien, Zellen und Rezeptoren.
Lysozym ist ein solcher humoraler Faktor. Es ist ein kleines Enzym, das der Körper selbst bildet. Drüsen geben es in die Körpersekrete ab, vor allem in Tränenflüssigkeit und Speichel. Auch Makrophagen und neutrophile Granulozyten enthalten es. Man kann sich Lysozym wie einen Wachposten an den Eintrittspforten vorstellen: Auge und Mund sind ständig Keimen ausgesetzt und werden laufend gespült.
Besonders reich an Lysozym ist das Hühnereiweiß. Aus Hühnereiern gewinnt man das Enzym technisch, etwa für Forschung und Lebensmitteltechnik.
Lysozym wird im Examen gerne gefragt: Es ist ein körpereigener humoraler Faktor der unspezifischen Abwehr in Tränenflüssigkeit und Speichel und wird technisch aus Hühnereiern gewonnen. Achte darauf, dass es vom Wirt stammt und nicht von Bakterien, die bei ihrer Lyse zerfallen.
Lysozym steht neben anderen humoralen Faktoren, lässt sich aber klar abgrenzen. Interferone sind Botenstoffe, die Zellen gegen Viren schützen, während Lysozym ein Enzym gegen Bakterien ist. Auch mit dem Komplementsystem hat es nichts zu tun. Am Membranangriffskomplex ist es daher nicht beteiligt.
Lysozym: Wirkung
Lysozym greift das Peptidoglykan an, das Grundgerüst der Bakterienzellwand. Es besteht aus Zuckerketten, in denen N-Acetylglucosamin (GlcNAc) und N-Acetylmuraminsäure (MurNAc) abwechseln. An MurNAc hängen kurze Peptide, die die Ketten quervernetzen. Details zum Aufbau stehen bei Murein: Bausteine und Quervernetzung.
Lysozym ist eine Hydrolase, gehört also zu den Enzymen, die Bindungen unter Wasseraufnahme spalten (Enzymklassen: Hydrolasen). Genauer ist es eine Muraminidase. Es spaltet die β-1,4-glykosidische Bindung zwischen C1 von MurNAc und C4 von GlcNAc:
\[\text{MurNAc-}\beta(1\to4)\text{-GlcNAc} + \ce{H2O} \rightarrow \text{MurNAc} + \text{GlcNAc}\]
Der Angriffspunkt ist also die Zuckerkette, nicht der Peptidanteil. Lysozym ist kein peptidspaltendes Enzym, und Peptidbindungen mit Lysin bleiben intakt. Mit dem Abbau von Glykogen zu Glucose-1-phosphat hat es ebenfalls nichts zu tun, denn das erledigt die Glykogenphosphorylase. Ist die Zellwand zerschnitten, hält das Bakterium seinem osmotischen Innendruck nicht mehr stand und platzt.
Grampositive Bakterien sind besonders empfindlich. Ihr dickes Peptidoglykan liegt außen frei. Bei gramnegativen Bakterien schirmt die äußere Membran die dünne Mureinschicht ab (Grampositive und gramnegative Zellwand).
Körpereigenes Protein von etwa 14 kDa. Zerschneidet als Hydrolase fertiges Peptidoglykan an der glykosidischen Bindung.
Niedermolekulare Arzneistoffe. Hemmen die Quervernetzung beim Aufbau neuer Zellwand (Wirkmechanismus).
Komplementsystem
Das Komplementsystem ist eine Gruppe von über 30 Plasmaproteinen, die meist in der Leber entstehen. Es gehört wie Lysozym zur unspezifischen humoralen Abwehr. Die Proteine zirkulieren als inaktive Vorstufen. Bei Aktivierung spaltet ein Faktor den nächsten, sodass eine Kaskade entsteht, die sich selbst verstärkt.
Drei Wege starten die Kaskade: der klassische Weg über Antikörper, der Lektinweg über Zuckerstrukturen von Erregern und der alternative Weg direkt an Mikrobenoberflächen. Alle laufen in der Spaltung von C3 zusammen. Die Aktivierung durch Immunkomplexe gehört zu den Antikörpern. Aus C3 und später C5 entstehen Spaltprodukte mit drei Aufgaben:
| Spaltprodukt | Wirkung |
|---|---|
| C3b | Opsonierung: markiert Erreger für die Phagozytose |
| C3a, C5a | Entzündung: locken Granulozyten an, aktivieren Mastzellen |
| C5b | Startet den Membranangriffskomplex, führt zur Lyse |
Das Komplementsystem wirkt also proinflammatorisch. Am stärksten tut das C5a. Es zieht neutrophile Granulozyten an den Infektionsort und fördert so den Entzündungsprozess.
Membranangriffskomplex
Der Membranangriffskomplex (MAC) ist das lytische Endprodukt der Kaskade. Er entsteht schrittweise:
- Start: C5b lagert sich an die Membran des Erregers an.
- Verankerung: C6, C7 und C8 binden nacheinander. C7 und C8 dringen in die Lipiddoppelschicht ein.
- Pore: Mehrere C9-Moleküle polymerisieren zu einem Ring, der die Membran durchspannt.
- Lyse: Wasser und Ionen strömen ein, die Zelle schwillt an und platzt.
Der MAC besteht ausschließlich aus Komplementproteinen, nämlich C5b bis C9. Interferone und Interleukine sind Zytokine, Leukotriene sind Lipidmediatoren aus Arachidonsäure, und alle drei bauen die Pore nicht mit auf.
C3b markiert, C3a und C5a entzünden, C5b bis C9 lochen.
Quiz
Aussage 1
Lysozym stammt aus Bakterien und wird frei, wenn diese bei einer Infektion zerfallen.
Lysozym ist ein körpereigenes Enzym des Wirts. Technisch gewinnt man es aus Hühnereiern.
Aussage 2
Im Membranangriffskomplex bilden Interleukine zusammen mit C9 die Pore in der Erregermembran.
Der MAC besteht nur aus Komplementproteinen, C5b bis C9. Die Pore bildet polymerisiertes C9.
Aussage 3
Das Komplementfragment C5a lockt neutrophile Granulozyten an und fördert damit Entzündungen.
C5a ist das stärkste proinflammatorische Spaltprodukt des Komplementsystems.
Aussage 4
Lysozym zerstört die Bakterienzellwand, indem es die Peptidbrücken zwischen den Zuckerketten proteolytisch spaltet.
Lysozym ist kein peptidspaltendes Enzym. Es hydrolysiert die β-1,4-glykosidische Bindung zwischen MurNAc und GlcNAc.
Aussage 5
Als Muraminidase gehört Lysozym zur Enzymklasse der Hydrolasen.
Lysozym spaltet glykosidische Bindungen im Peptidoglykan unter Wasseraufnahme und ist damit eine Hydrolase.
Aussage 6
Lysozym ist in Tränenflüssigkeit und Speichel enthalten und schützt dort vor Bakterien.
Drüsen geben Lysozym in Körpersekrete wie Tränenflüssigkeit und Speichel ab.
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