Inhalt und Einsatz im Unterricht

"Immunsystem II" (Biologie, Sekundarstufe II)

Diese DVD behandelt das Unterrichtsthema "Immunsystem" für dieSekundarstufe II.

Das DVD-Hauptmenü bietet 5 Filme zur Auswahl:Immunsystem – Ein Überblick 9:10 minVielfalt der Antikörper 5:10 minHumorale und zelluläre Immunreaktion 9:10 minAllergische Reaktion 4:20 minHIV und AIDS 7:40 min(+ Grafikmenü mit 14 Farbgrafiken)

Aufwändige und sehr anschauliche 3D-Computeranimationen verdeutlichendie komplexen Leistungen des menschlichen Immunsystems und dieFähigkeiten des unspezifischen Körper-Abwehrsystems. Die Inhalte der Filmesind altersstufen- und lehrplangerecht aufbereitet.Die 3D-Computeranimationen sind filmisch eingebettet in eine unterhaltsamekleine Rahmenhandlung: Die Filme begleiten den Architekturstudenten Markus,dessen Körper von Bakterien und Viren attackiert wird (entzündeteSchnittwunde und Grippeerkrankung). Die unterschiedlichen Abwehrreaktionenseines Körpers bis hin zur voll ausgebildeten Immunreaktion werden von den3D-Computeranimationen verdeutlicht. Dabei wird in allen filmischenDarstellungen größter Wert darauf gelegt, die komplexen Vorgänge derKörperabwehr, insbesondere der Immunreaktion, grundlegend zu erklären undeinen verständniserleichternden Einstieg in das hochkomplexe Thema zugewährleisten. Auf die Darstellung letzter Details (z.T. Gegenstand aktuellerForschung!) wird im Interesse der Gesamtverständlichkeit verzichtet. DenLehrern werden diverse Ansatzpunkte geliefert, einzelne Themenbereiche imweiterführenden Unterricht nach Belieben zu vertiefen.

Ergänzend zu den o.g. 5 Filmen finden Sie auf dieser DVD:

- 14 Farbgrafiken, die das Unterrichtsgespräch illustrieren (in den Grafik-Menüs)

- 11 ausdruckbare pdf-Arbeitsblätter, jeweils in Schüler- und in Lehrerfassung (im DVD-ROM-Bereich)

Im GIDA-"Testcenter" (auf www.gida.de) finden Sie auch zu dieser DVD "Immunsystem II" interaktive undselbstauswertende Tests zur Bearbeitung am PC. Diese Tests können Sieonline bearbeiten oder auch lokal auf Ihren Rechner downloaden, abspeichernund offline bearbeiten, ausdrucken etc.

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Begleitmaterial (pdf) auf dieser DVDÜber den "Windows-Explorer" Ihres Windows-Betriebssystems können Sie dieDateistruktur der DVD einsehen. Sie finden dort u.a. den Ordner "DVD-ROM".In diesem Ordner befindet sich u.a. die Datei

index.htmlWenn Sie diese Datei doppelklicken, öffnet Ihr Standard-Browser mit einemMenü, das Ihnen noch einmal alle Filme und auch das gesamte Begleitmaterialder DVD zur Auswahl anbietet (PDF-Dateien von Arbeitsblättern, Grafiken undDVD-Begleitheft, Internetlink zum GIDA-TEST-CENTER, etc.).Durch einfaches Anklicken der gewünschten Begleitmaterial-Datei öffnet sichautomatisch der Adobe Reader mit dem entsprechenden Inhalt (sofern Sie denAdobe Reader auf Ihrem Rechner installiert haben). Die Arbeitsblätter liegen jeweils in Schülerfassung und in Lehrerfassung vor (miteingetragenen Lösungen). Sie ermöglichen Lernerfolgskontrollen bezüglich derKerninhalte der DVD und sind direkt am Rechner elektronisch ausfüllbar. Überdie Druckfunktion des Adobe Reader können Sie aber auch einzelne oder alleArbeitsblätter für Ihren Unterricht vervielfältigen.

Fachberatung bei der inhaltlichen Konzeption und Gestaltung dieser DVD:Frau Erika Doenhardt-Klein, Oberstudienrätin (Biologie, Chemie und Physik, Lehrbefähigung Sek.I + II)

Inhaltsverzeichnis Seite:

DVD-Inhalt - Strukturdiagramm 4

Die FilmeImmunsystem – Ein Überblick 5Vielfalt der Antikörper 7Humorale und zelluläre Immunreaktion 9Allergische Reaktion 12HIV und AIDS 14

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DVD-Inhalt - Strukturdiagramm

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Hauptmenü

Menü

Immunsystem – Ein Überblick

Vielfalt der Antikörper

Menü Grafiken

Grafiken

Humorale und zelluläre Immunreaktion

Struktur des Abwehrsystems

Filme

Unspezifische Abwehr

B-Lymphozyten

T-Lymphozyten

Immunreaktion

Phasen der Immunreaktion

Zweitinfektion

Aufbau eines IgG-Antikörpers

Genetische Rekombination

Allergische Reaktion

Degranulation

Allergische Symptome

Kopierung der Virus-RNA

Virus-Vermehrung

Allergische Reaktion

HIV und AIDS

Immunsystem – Ein ÜberblickLaufzeit: 9:10 min, 2008

Lernziele: - Einen Überblick über die höchst komplexen Fähigkeiten des Abwehrsystems

des menschlichen Körpers und insbesondere des Immunsystems gewinnen.

Inhalt:Vorab sei bemerkt, dass die Begriffe "Immunsystem" und "körperlichesAbwehrsystem" in einigen Lehrbüchern etwas diffus verwendet werden. DieserFilm versucht, alle Begriffe in einen schlüssigen Gesamtzusammenhang zubringen und entwirft zu diesem Zweck eine Übersicht:

Einleitend wird noch einmal kurz in die missliche Situation des ProtagonistenMarkus eingeführt: Eine Schnittwunde am Daumen hat sich entzündet,obendrein ist der Markus an Grippe erkrankt (gleiche Spielhandlungs-Situationwie in der Sek.I-DVD). In diesem Zustand bietet er die optimale Basis zurvertieften Betrachtung seines Abwehrsystems.Im folgenden ersten Teil des Films wird die linke Hälfte der Übersichtabgearbeitet: Die unspezifische, angeborene "Resistenz" des Körpers. Haut,Schleimhäute und Körpersekrete als erste Barriere gegen Fremdkörperwerden kurz vorgestellt. Dann folgen einige ebenfalls unspezifisch wirkendeweiße Blutzellen wie Makrophagen, Granulozyten und natürlicheKillerzellen.Abschließend werden die Enzyme des Komplementsystems und ihre Rollebei der unspezifischen Abwehr kurz erwähnt.

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Abbildung 1: Abwehrsystem des menschlichen Körpers, Übersicht

Dann geht der Film überzur Abteilung "spezifisch",in der das "Immunsystem"im klassischen Sinn desBegriffs steht, unterteilt indie humorale und diezelluläre Immunreaktion.

Die aus den Stammzellendes roten Knochenmarksentstehenden B- und T-Lymphozyten reifen anverschiedenen Orten imKörper und erlangen unter-schiedliche Fähigkeiten –der Film zeigt sie.

Der Film zeigt dann in geraffter Form die weitere Differenzierung derLymphozyten in spezialisierte Zellen mit bestimmten Aufgaben. DasWirkungsprinzip des Immunsystems wird verdeutlicht: Jedes in den Körpereingedrungene Antigen sorgt mit seiner Bindung an einen spezifischenRezeptor selbst für die Aktivierung des bestgeeigneten Immun-Abwehrpersonals und schließlich für seine eigene Vernichtung.

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Abbildung 2: Immunsystem ("Immunreaktion")

Abbildung 3: Vielfalt spezifischer B-Lymphozyten

Abbildung 4: Vielfalt spezifischer T-Lymphozyten

Vielfalt der AntikörperLaufzeit: 5:10 min, 2008

Lernziele: - Den Aufbau eines IgG-Antikörpers kennenlernen;- Die genetische Rekombination bei der Reifung der B-Lymphozyten als

wesentlichen Grund für die Vielfalt der Antikörper erkennen.

Inhalt:Der Film erklärt zunächst am Beispiel der Immunglobulin-G-Gruppe (80% allerAntikörper im menschlichen Körper) den prinzipiellen Aufbau eines Antikörpers.Es wird dabei auch verständlich, wo die konstanten und die variablen Regioneneines Antikörpers liegen, und dass die variablen Regionen für die Ausprägungder Spezifität eines jeden Antikörpers verantwortlich sind.

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Abbildung 5: Aufbau eines Immunglobulin-G-Antikörpers

Abbildung 6: Variable Regionen am Antikörper

Antikörper werden millionenfach identisch von einem spezifischen B-Lymphozyten (Plasmazelle) erzeugt. Die genetische Information zur Bildungdieser Antikörper hat sich im B-Lymphozyten während seiner Reifung("Differenzierung") gebildet.Dieser Vorgang, die sogenannte "genetische Rekombination", wird detaillierterklärt, und zwar für die Genkodierung der leichten und auch der schwerenKetten der Antikörper (L- und H-Ketten).

Ergebnis sind millionenfach unterschiedliche B-Lymphozyten (mehr als 10Millionen im menschlichen Körper), die später als Plasmazellen im Bedarfsfallsehr spezifische Antikörper produzieren, die mit ihren ebenso speziellenAntigen-Rezeptoren ("Y-Spitzen") genau auf einen von Millionen vorhandenenAntigen-Trägern passen. So bleibt im menschlichen Immunsystem praktischkeine Antigen-Erkennungslücke offen.

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Abbildung 7: Genetische Rekombination im B-Lymphozyten

Humorale und zelluläre ImmunreaktionLaufzeit: 9:10 min, 2008

Lernziele: - Das Immunsystem als spezifischen und leistungsstärksten Teil des

menschlichen Abwehrsystems kennenlernen;- Den Ablauf der humoralen und zellulären Immunreaktion verstehen.

Inhalt:Dieser Film vertieft den Überblicks-Film im Bereich des klassischen"Immunsystems" mit seiner "Immunreaktion". Humorale und zelluläreImmunreaktion werden detailliert erklärt und immer vor dem Hintergrund desGesamtwirkungsprinzips verdeutlicht. Manche Detailinformation, z.B. zu speziellen Co-Rezeptoren beim Bindungsaufbauzwischen T-Helferzellen und Makrophagen, bringt der Film mit Bedacht nicht. Vorrangigesdidaktisches Ziel des Films ist es, das Gesamtwirkungsprinzip des Immunsystems auf denersten Blick verstehbar zu machen. Überbordende Details, von denen es beliebig vielegibt, stören da nur. Der Film zeigt zum Wiedereinstieg ins Thema noch einmal die enorme Vielfaltan B- und T-Lymphozyten, die je für einen der beiden Teile der Immunreaktionverantwortlich sind.

B-Lymphozyten bilden in der humoralen Immunreaktion Antikörper, die genauzum eingedrungenen Antigen passen und es unschädlich machen.Einige T-Lymphozyten vernichten in der zellulären Immunreaktionkörpereigene Zellen, die bereits vom Antigenträger befallen wurden. Andere T-Lymphozyten steuern die gesamte Immunreaktion.

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Abbildung 8: Immunreaktion, Antigen selektiert B- und T-Lymphozyten

Der Film schildert nun in sehr übersichtlichen und impressiven 3D-Computeranimationen den Ablauf von humoraler und zellulärer Immunreaktion.Die besondere Rolle der T-Helferzellen (Start und Steuerung derImmunreaktion) und der T-Unterdrückerzellen beim Stoppen der Immunreaktionwird herausgearbeitet.Zunächst wieder die Prinzip-Darstellung: Ein eingedrungenes Antigen bindet anden genau zu ihm passenden Lymphozyten-Rezeptor und aktiviert damit ausdem riesigen B- und T-Zellen-Pool nur einen winzigen Teil.

Aus diesen aktivierten B-und T-Zellen entstehentausende von gleichartigenZellen, die man auch Klonenennt. Sie sind alle ganzspezifisch darauf ausge-richtet, den Träger desAntigens zu vernichten, dasihre Herstellung verursachthat.

Dann folgt die Schilderungdes Ablaufs der humoralenund der zellulärenImmunreaktion.

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Abbildung 9: Makrophage alarmiert T-Helferzelle

Abbildung 10: T-Helfer-Z. startet Immunreaktion

Abbildung 11: Antikörper verklumpen Viren

Die T-Killerzellen erkennenund vernichten vom Virusbefallene, körpereigeneZellen.

Die Immunreaktion auf eine Erstinfektion mit einem unbekannten Antigen erfolgtin 4 Phasen, die volle Wirkung wird nach ca. 10-15 Tagen erreicht.

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Abbildung 12: T-Killerzelle, befallene Körperzelle

Abbildung 13: Phasen der Immunreaktion, Erstinfektion

Abbildung 14: Zweitinfektion, 2 Phasen entfallen, Wirkung viel schneller

Allergische ReaktionLaufzeit: 4:20 min, 2008

Lernziele: - Den prinzipiellen Ablauf einer allergischen Reaktion verstehen.

Inhalt:Der Film stellt nach bewährtem Muster zunächst die Akteure einer typischenallergischen Reaktion vor:

Mit Hinweis auf noch viele ungeklärte Fragen, die die medizinische Forschungbis heute beschäftigen, erklärt der Film dann den prinzipiellen Ablauf einerallergischen Reaktion.

Zunächst wird die Sensi-bilisierung geschildert:Ein an sich harmlosesAntigen wie z.B. Pollenbewirkt IgE-Antikörper-bildung. Antikörper lagernsich an Mastzellen an.

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Abbildung 15: Akteure der allergischen Reaktion

Abbildung 16: Sensibilisierung für best. Antigen

Wenn dasselbe Antigen (Pollen) zum zweiten Mal in den Körper aufgenommenwird, dann läuft die eigentliche allergische Reaktion ab, die man auch als"anaphylaktische Reaktion" bezeichnet.Das Antigen bindet an die Rezeptoren von spezifisch passenden,mastzellenständigen IgE-Antikörpern. Das Binden an 2 IgE-Antikörpergleichzeitig löst in der Mastzelle die sog. Degranulation aus: Vesikel, die mitHistamin und anderen entzündungsauslösenden Stoffen gefüllt sind, binden voninnen an die Zellmembran und ergießen ihren Inhalt ins umliegende Gewebe.

Es kommt zur Ausbildungder typischen allergischenSymptome:

Bei besonders empfindlichen Allergikern kann auch der lebensbedrohlicheanaphylaktische Schock eintreten: Es kommt zu einer schlagartigen Weitungder Blutgefäße, der Blutdruck fällt stark ab. Innerhalb von Minuten kann der Todeintreten.

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Abbildung 17: Allergische (anaphylaktische) Reaktion

Abbildung 18: Allergische Symptome

HIV und AIDSLaufzeit: 7:40 min, 2008

Lernziele: - Die Eigenschaften des HI-Virus kennenlernen und die tödliche Wirkung

dieses Virus auf den menschlichen Körper verstehen;- Die Arbeitsweise der 3 viralen Enzyme reverse Transkriptase, Integrase und

Protease verstehen, Details der Provirusvermehrung in Wirtszelle verstehen.

Inhalt:Der Film soll keine erschöpfende Abhandlung zum Thema HIV und AIDS sein.Aber er soll einige Schlaglichter auf die speziellen Eigenschaften des HI-Viruswerfen. Der Film verdeutlicht deshalb in knapper und einfach strukturierterForm, wie das HI-Virus wirkt, wie es sich vermehrt und schließlich zum Toddurch AIDS führt. Einige wesentliche Punkte seien dazu an dieser Stelleerwähnt: Das HI-Virus nutzt die T-Helferzellen als Wirtszellen und schwächtdamit eine zentrale Schaltstelle des Immunsystems.

Das HI-Virus kopiert seineRNA in eine DNA undintegriert diese in die DNAder Wirtszelle. Die Virus-DNA ("Provirus") kann sichdadurch lange "unerkannt"mit den Teilungen derWirtszelle vermehren.

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Abbildung 19: HI-Virus bringt Erbgut in T-Helferzelle (Wirtszelle)

Abbildung 20: HIV-DNA, Einbau in Wirts-DNA

Irgendwann wird die Virus-DNA aktiviert und bildetneue Virus-RNA und Virus-hüllproteine. Schließlichwerden neue HI-Viren durchKnospung freigesetzt. T-Killerzellen erkennen undvernichten dann die infizierteund virus-freisetzende T-Helferzelle.

Das HI-Virus hat eine hohe Mutationsrate und kann deshalb nur unzureichendvon Antikörpern des Immunsystems bekämpft werden. Außerdem arbeitet dasImmunsystem des HIV-Infizierten ständig auf Hochtouren, wenn das Virus inneuen Mutationsformen auftritt. Es gibt aber auch mehrjährige Phasen der(scheinbaren) Ruhe, wenn das Virus nicht aus seinen Wirtszellen austritt.Im Endeffekt stirbt ein AIDS-Kranker nicht an dem HI-Virus selbst, sondern anvergleichsweise harmlosen Infektionskrankheiten, die bei einem gesundenImmunsystem nie zum Ausbruch gekommen wären.

(Der Film nutzt Teile des gleichnamigen Sek.I-Films und vertieft lehrplangerechtin den Passagen "Infektion der T-Helferzelle" und "Freisetzung von HI-Virendurch Knospung".)

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Abbildung 21: HIV-Freisetzung

Abbildung 22: HIV und AIDS – Herleitung der Abkürzungen