Lebensmittel-Immunologie

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Lebensmittel-Immunologie

ISBN: 
978-3-662-59118-5

Eine Einführung in die molekularen Wirkmechanismen mit Videos und Verständnisfragen
Dieses farbige, gut zu lesende Lehrbuch diskutiert auf einem aktuellen Niveau die Einflüsse von Lebensmittelinhaltsstoffen auf die biochemisch-, zellulär-regulatorischen und genetischen Abläufe der gesamten Immunabwehr. Schwierige Sachverhalte werden durch Leitfragen und Definitionsboxen verständlich vermittelt. Exemplarisch dargestellte Krankheitsbilder zeigen Anwendungsmöglichkeiten für funktionale Lebensmittel auf.

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Exkurse geben technologische, rechtliche und ethische Einblicke in die Entwicklung von Supplementen, Nutraceuticals und Healthfood.

Pointierte Zusammenfassungen, Wirkstoffauflistungen und ein Fachbegriffglossar zeichnen dieses Buch auch als Referenz- und Nachschlagewerk aus. Dieses Lehrbuch spricht alle Studierenden und Berufstätigen an, die sich mit Ernährung und Gesundheit beschäftigen.

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BegriffErklärung
adaptive Abwehrerworbene, antigenspezifische Abwehrreaktion
AdipositasÜbergewicht
AdipozytenFettzellen
afferente Lymphgefäßezum Lymphknoten hinführendes Gefäß
Agglomerationfest anhaftender Zusammenschluss
Weitere Begriffe
  • Kapitel 1: Grundlagen: Grundprinzipien des Immunsystems (10)
  • Kapitel 2: Die Immunbarriere: Einfluss von Lebensmittelkomponenten auf die Darmbarriere (10)
  • Kapitel 3: Die Abwehrreaktion des angeborenen Immunsystems: Einflüsse von Lebensmittelkomponenten auf die frühe Phase der Immunantwort (10)
  • Kapitel 4: Die adaptive Abwehrreaktion: physiologisches und pathologisches Stimulationspotenzial von Lebensmittelkomponenten in der antigenspezifischen Immunantwort (10)
  • Kapitel 5: Einfluss von Mikro- und Makronährstoffen auf die klonale Phase der adaptiven Immunantwort (10)
  • Kapitel 6: Begrenzung und Beendigung der Immunantwort: Einflüsse von Lebensmittelkomponenten auf die Herabregulation und Beendigung der immunologischen Abwehrreaktion (10)
  • Kapitel 7: Immungenetik: Einflüsse von Lebensmittelkomponenten auf die Expression immunrelevanter Gene (10)
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Frage 1 von 70
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  • Welche grundlegenden Funktionen muss ein Abwehrsystem beinhalten, um eine sichere Interaktion eines Organismus mit der Umwelt zu gewährleisten?

    Lösung

    Um ein teiloffenes System eines Organismus´ gegenüber der Umwelt sicherzustellen, muss das Abwehrsystem eine strukturelle Abgrenzung gegenüber der Umwelt schaffen, eine relevante Stimulation erkennen und diese Wahrnehmung in eine passende Abwehr- oder Toleranz-Reaktion umsetzen können.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn keine immunologische Toleranz von der Abwehr ausgeprägt wird?

    Lösung

    Ist keine Toleranz gegenüber harmlosen Stimulationen und gegenüber sich selbst gegeben, entstehen unphysiologische Hyper- und autoimmune Abwehrreaktionen gegen Eigengewebe.
  • Was ist der Unterschied zwischen einem Immunogen, einem Antigen und einem Allergen?

    Lösung

    Immunogene sind alle immunologische Abwehrreaktionen auslösende Agentien, Antigene initiieren die Bildung von Antikörpern und Allergene sind Antigene, die mit allergischen, unphysiologischen Hyperreaktionen assoziiert sind.
  • Welche grundlegenden Voraussetzungen bedingen, dass eine Stoffstruktur eine Immunreaktion auslöst?

    Lösung

    Stimulative Strukturen müssen für Erkennungsrezeptoren immunologischer Abwehrmechanismen über einen relevanten Zeitabschnitt in einer relevanten Stoffmenge erkennbar vorliegen. Das Stimulationspotential einer Stoffstruktur darf nicht durch Toleranzbildung negiert sein.
  • Welche grundlegenden Einflüsse haben Lebensmittel auf die Immunfunktion?

    Lösung

    Nährstoffe sind essenzielle oder semiessenzielle Faktoren immunologischer Zell- und Gewebebildungen. Immunstimulierende Lebensmittelkomponenten sind für die Reifung des menschlichen Immunsystems und zum Erhalt der immunologischen Homöostase essenziell. Spezifische Lebensmittelkomponenten können als Liganden für Transkriptionsfaktoren und als epigenetische Faktoren die Expression abwehrrelevanter Gene beeinflussen.
  • Warum beginnt die immunologische Abwehrreaktion nicht mit der adaptiven Abwehr?

    Lösung

    Die angeborene Abwehr liegt kontinuierlich im Körper vor und reagiert direkt klärend auf immunogene Stimulationen. Die antigenspezifische Reaktion der adaptiven Abwehr hingegen muss erst in den Lymphorganen gebildet werden. Später wirken beide Abwehrsysteme im weiteren Verlauf der Abwehr zusammen.
  • Welche funktionalen Unterschiede bestehen zwischen den Natürlichen Killerzellen der angeborenen Abwehr und den zytotoxischen T-Lymphozyten?

    Lösung

    NK-Zellen vermitteln sowohl rezeptor- als auch immunglobulin-abhängige zelluläre Zytotoxizität. Die Erkennung der Zielzelle erfolgt hierbei insbesondere über Immunglobulinmarkierung und eine fehlende Expression des MHC-Klasse-I-Moleküls. Zytotoxische Funktionen von T-Lymphozyten werden durch eine CD1- oder MHC-Klasse I-Antigenpräsentation durch die Zielzelle initiiert. Die Zelllyse aller zytotoxischen Zellen wird durch CD178/CD95-Interaktion oder durch Granzyme und Perforine vermittelt.
  • Das Komplementsystem der angeborenen Abwehr und Immunglobuline der adaptiven Abwehr sind beide mikroorganismen-bindende Strukturen. Nennen Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede.

    Lösung

    Beide Abwehrsysteme können Mikroorganismen binden und opsonisieren. Immunglobuline sind hierbei gegenüber den Elementen des Komplementsystems bindungsspezifisch und können antigenes Material agglomerieren, immobilisieren und präzipitieren. Im Gegensatz zu Immunglobulinen haben Elemente des Komplementsystems ein weitreichendes immunregulatives Potential.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn kein Immunglobulinklassenwechsel im Verlauf der adaptiven Abwehrreaktion erfolgt?

    Lösung

    Immunglobuline der Klasse M sind zusammen mit dem Komplementsystem als zentrales Zellaktivierungselement der frühen Abwehrphase zu sehen. Der Immunglobulinklassenwechsel beinhaltet eine Affinitätsreifung der Immunglobulinklassen. Fehlt dieser Prozess, bleibt die adaptive Abwehrreaktion ungerichtet und verschiedene Effektoren können nicht oder nur unzureichend aktiviert werden.
  • Wie kann man eine Trinkmilch oder Eier herstellen, die mit antigenspezifischen Immunglobulinen angereichert sind?

    Lösung

    Die milchgebenden Tiere oder Hühner müssen mit dem Antigen vakziniert werden. Entsprechende Immunglobuline werden dann nach erneuter Stimulation vom Tier in das tierische Produkt abgegeben.
  • Warum hat eine lokale Immunstimulation immer auch eine systemische Bedeutung für den Körper?

    Lösung

    Die barriereassoziierten lymphatischen Gewebe der Haut, der Atemwege, der Drüsenausführungsgänge, sowie des Urogenital- und Gastrointestinaltraktes sind miteinander verbunden und ermöglichen einen permanenten Austausch von Immunzellen, Stimulations- und Signalstoffen zwischen den lymphatischen Teilkompartimenten.
  • Warum wird im Dickdarm anatomisch und immunologisch eine mikrobielle Besiedlung gefördert, im Dünndarm jedoch eher gehemmt?

    Lösung

    Die hochresorptive Epithelbarriere des enzymatisch-verdauungsaktiven Dünndarmstoleriert keine intensive mikrobielle Besiedlung. Im Colon hingegen wird der vom Körper noch nicht aufgeschlossene Nahrungsbrei mikrobiell fermentativ aufgeschlossen und eine dichte Besiedlung entsprechend begünstigt.
  • Warum ist eine verminderte mikrobielle Besiedlung (Dysbiose) der immunologischen Barrieren oft krankheitsassoziiert?

    Lösung

    Eine gesunde mikrobielle Besiedlung des menschlichen Verdauungsapparates zeichnet sich durch eine große Vielfältigkeit der Mikroorganismen-Spezies aus, wobei jede einzelne eine immunologische Handlungsoption darstellt und der Körper über die Organismen-Zusammensetzung variabel auf die gegebene Umweltsituationreagiert.Fehlen Handlungsoptionen, können daraus immunologische Abwehrlücken resultieren. Pathogenesen und die Ausprägung der mikrobiellen Besiedlungen der Barrieren bedingen einander.
  • Welche Eigenschaften müssen Lebensmittelkomponenten zeigen, um antimikrobiell wirken zu können?

    Lösung

    Lebensmittelkomponenten mit ausgeprägtem ionischem Charakter und hydrophilen/hydrophoben Struktureigenschaften können antimikrobiell wirken. Sie können die Strukturordnung von mikrobiellen Biomembranen verändern und Einfluss auf mikrobielle Stoffwechselleistungen nehmen, indem sie verschiedene Enzyme inhibieren oder als Chelatbildner Eisen binden.
  • Warum beinhalten Milch und Eier struktur- und funktionsähnliche antimikrobielle Komponenten?

    Lösung

    Beide Strukturen haben die Aufgabe, unreifes, werdendes Leben vor mikrobiellen Infektionen zu schützenund zeigen daher ähnliche Abwehrstrategien.
  • Welches grundsätzliche Charakteristikum müssen Lebensmittelkomponenten zeigen, um präbiotisch wirken zu können?

    Lösung

    Kohlenhydratstrukturen dürfen von gastrischen und pankreatischen Enzymen nur eingeschränkt oder gar nicht abbaubar sein, um erst im Colon durch Mikroorganismen metabolisch verwertet zu werden. Wichtige Strukturmerkmale sind b-glykosidische Bindungen, Strukturverzweigungen, molekulare Strukturdekorationen von Hydroxylgruppen und Reduktionen funktioneller Aldehyd- und Ketogruppen.
  • Welcher Vorteil ergibt sich, Prä- und Probiotika kombiniert zur diätetischen Unterstützung von Immunfunktionen einzusetzen?

    Lösung

    Konzeptionell werden Präbiotika oft zusammen mit probiotischen Bakterien synbiotisch kombiniert. Somit können synergistisch alle Aspekte zur Unterstützung der immunologischen Abwehr (Stärkung und Schutz der Epithelzellbarrieresowie Stimulation und Aktivierung von Abwehrfunktionen) gleichzeitig angesprochen werden.
  • Warum beeinflussen abgetötete Mikroorganismen und Zellfragmente Immunfunktionen?

    Lösung

    Abgetötete Mikroorganismen und Zellfragmente besitzen durch hydrophile Polymerstrukturen (b-Glukane, Lipopolysaccharide, Mannane, Peptidoglycane und Polynukleotide) ein hohes immunstimulatives Potential für Immunzellrezeptoren zur Erkennung mikrobieller pathogenassoziierter molekularer Muster.
  • Warum kann die Adhäsion pathogener Keime an das Dünndarmepithel nicht durch die Gabe probiotischer Mikroorganismen verhindert werden?

    Lösung

    Probiotika etablieren sich vorwiegend im Colon und besetzen dort Adhäsionsstellen für Mikroorganismen. Im Dünndarmsind daher ionische Polymerstrukturen als Antiadhäsiva effektiv, um die Anbindung von Pathogenen zu hemmen.
  • Wie kann verhindert werden, dass Probiotika bei oraler Gabe während der Magenpassage abgetötet werden?

    Lösung

    Durch Verkapselungen mit Hydrokolloiden ist die Applikation vor Magensäure und Verdauungsenzymen weitgehend geschützt.
  • Welche Aufgaben hat das Komplementsystem innerhalb der immunologischen Abwehr?

    Lösung

    Das Komplementsystem unterstützt die Rekrutierung von Immunzellen durch Chemoattraktivierungund durch die Erweiterung von Blutgefäßen, sowie die Aktivierung von Effektorzellen der angeborenen und adaptiven Abwehr. Elemente des Komplementsystems wirken zudem opsonisierend und lysieren Mikroorganismen.
  • Inwieweit können Lebensmittel-Lektine die Aktivität des Komplementsystems beeinflussen?

    Lösung

    Lektine können sowohl stimulierend als auch inhibierend auf das Komplementsystem wirken. Sie beeinflussen die Funktion der initialen C1- und C2-Elemente des Komplementsystems, sind selbst Liganden von komplementsystem-initiierenden Ficolinen, MBLs oder C1q oder sie stören oder blockieren durch unspezifisches Abdecken deren Bindungsdomänen für die Detektion passender Liganden. 
  • Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn die Serinproteasen des Komplementsystems inaktiv sind?

    Lösung

    Das Komplementsystem kann nur noch über den alternativen Weg durch eine Spontanhydrolyse des C3-Elementes des Komplementsystems aktiviert werden. Eine direkte Aktivierung durch mikrobielle Strukturen ist nicht mehr möglich und bedingt ein Funktionsdefizit der angeborenen Abwehr.
  • Warum kann man mit Acetylneuraminsäure-reichen, fucosylierten oder sulfatierten Lebensmittelkomponenten Einfluss auf die Rekrutierung von Immunzellen zum Ort der Entzündung nehmen?

    Lösung

    Die angeborene Abwehrreaktion beginnt mit der Rekrutierung neutrophiler Granulozyten zum Entzündungsort. Wechselwirkungen zwischen glykosaminglykan-bindenden Rezeptoren und fucosylierten Kohlenhydrat-Liganden vermitteln die dafür notwendigen Zell-Gefäßwand-Affinitäten. Strukturanaloge Lebensmittelkomponenten können durch kompetitive Bindung relevante Ligand-Rezeptor-Interaktionen blockieren und die Zelladhäsion hemmen.
  • Welche molekularen Struktureigenschaften müssen antioxidativ wirkende Lebensmittelkomponenten besitzen?

    Lösung

    Die Neutralisation chemischer Radikale wird immer durch die reduktive Komplettierung der hochreaktiven, ungepaarten Elektronenkonstellation erreicht. Antioxidative Moleküle sind zumeist prägnant hydroxyliert und durch aromatische Molekülstrukturen charakterisiert, um Elektronen oder Wasserstoffatome unbeschadet an chemische Radiale abgeben zu können.
  • Warum ist eine unzureichende antioxidative Kapazität des Organismus oft krankheitsassoziiert?

    Lösung

    Inflammationsprozesse sind durch die Bildung hochreaktiver Stickstoff- und Sauerstoffradikale und Ionen vonphagozytierenden Zellen mitbestimmt. Werden diese durch antioxidative Schutzmechanismen nicht adäquat eingefasst, können daraus pathologische Gewebs- und Zellschädigungen resultieren.
  • Inwieweit sind die angeborene und adaptive Abwehr in ihrer Funktionsausrichtung regulatorisch miteinander verbunden?

    Lösung

    Innerhalb der angeborenen Abwehr spannt sich ein Netzwerk zellulärer Signalstoffe und verschiedener Elemente des Komplementsystems zwischen den Gewebs- und Immunzellen auf. Die angeborene und die adaptive Abwehrphase der Immunreaktion sind regulatorisch und funktional eng miteinander verbunden. Die Funktionsausrichtung des Signalstoffnetzwerks der angeborenen Immunabwehr wird von der adaptiven Abwehrreaktion regulativ übernommen und präzisiert. 
  • Warum können Lebensmittelsaccharide die Funktionsausrichtung der angeborenen Abwehrreaktion beeinflussen?

    Lösung

    Stoffwechselprodukte lebensmittelassoziierter Bakterien, Exopolysaccharide, Fruchtpektine und Milch-Oligosaccharide können die Differenzierung von Makrophagen in einen proinflammatorischen oder immuntoleranz-induzierenden Phänotyp lenken. Diese dichotome Phänotypisierung wird einerseitsüber eine Ligandenerkennungdurch CD14/ TLR-4 oder andererseits durch den Mannoserezeptor hervorgerufen.
  • Wie können Antioxidationen aus Lebensmittelproteinen generiert werden?

    Lösung

    Durch Proteolyse mit Serin-Proteasen, welche Proteine vorwiegend an der Carboxylgruppe von aromatischen Aminosäuren schneiden, könnenantioxidative Peptide aus verschiedenen pflanzlichen und tierischen Proteinmatrices dargestellt werden. 
  • Welche diätetische Intervention ist sinnvoll, wenn Initiationsmoleküle des Komplementsystems durch oxidativen Stress zerstörtes Gewebe erkennen und so weitere Makrophagen rekrutiert werden, die wiederum Sauerstoff- und Stickstoffradikale bilden?

    Lösung

    Eine Kombination aus antioxidativ und antiadhäsiv wirkenden Lebensmittelkomponenten sowie komplement-blockierenden Lektinen kann eine inflammatorische Hyperreaktion auf allen drei Reaktionsebenen unterbinden.
  • Welche Voraussetzungen sind für die Initiation einer adaptiven Abwehr maßgeblich?

    Lösung

    Voraussetzung für eine adaptive Abwehr ist, dass ein Antigen durch antigenpräsentierende Zellen präsentiert wird und responsive T-Helfer-Lymphozyten die adaptive Immunreaktion vermitteln. Die Stimulationskraft des Antigens wird durch die molekulare Beschaffenheit, die Menge sowie durch den Präsenzzeitraumim Systembestimmt.
  • Inwieweit wird die funktionale Ausrichtung der adaptiven Abwehr von vorherigen Abwehrreaktionen beeinflusst?

    Lösung

    Die bereits etablierte Signallage und Funktionsausrichtung der vorangegangenen Immunreaktionen der angeborenen Abwehr führt zu einer funktionalen Vorabausrichtung der adaptiven Abwehr, welche die Immunreaktionen präzisiert und sich je nach T-Lymphozyten-Hilfe entweder zellulär-zytotoxisch oder humoral ausprägt.
  • Inwieweit können Lebensmittelkomponenten die Funktionsausrichtung der adaptiven Abwehr beeinflussen?

    Lösung

    Fructane, Glucane, Mannane sowie lebensmittelassoziierte Bakterien und Hefenkönnen als Liganden oder Blockierungsmoleküle für verschiedene Immunzellrezeptoren die adaptive Immunreaktionnachhaltig beeinflussen.Lebensmittelkomponenten, wie Peptide und Lipide, sind direkt als antigene Stimulanzien an der Funktionsausrichtung der adaptiven Immunantwort beteiligt.
  • Welche Aufgabe haben Lymphfollikel innerhalb der adaptiven Abwehr?

    Lösung

    Zur Generierung einer antigen-spezifischen Immunantwort werden antigenbeladene professionelle antigenpräsentierende Zellen, die immunreaktion-vermittelnden T-Lymphozytensowie immunglobulin-produzierende B-Lymphozyten und andere Lymphozyten-Effektoren räumlich in den Follikeln der Lymphknoten zusammengeführt, um die antigenspezifische Abwehrreaktion zu initiieren.
  • Können zwitterionische Oligosaccharide eine MHC-Klasse I-abhängige zellulär-zytotoxische Immunreaktion auslösen?

    Lösung

    Zwitterionische Oligosaccharide werden von antigenpräsentierenden Zellen auf MHC-Klasse II präsentiert. MHC-Klasse I bindet ausschließlich Peptide von 8-10 Aminosäuren Länge, die zuvor durch das Proteasom prozessiert wurden.
  • Welche pathologischen Hyperreaktionen können sich aus einer Th1- und Th2-Lymphozyten-Hilfe ergeben?

    Lösung

    Eine durch Th1-Lymphozyten-Hilfe vermittelte zellulär-zytotoxische Antwort ist neben TNFα dominant durch IFNγ bestimmt. Diese zellulär-zytotoxische Abwehrausrichtung kann zu autoimmunen Hyperreaktionen entgleisen oder zu allergischen Hyperreaktionen des Typ-4 führen. Die IL-4-geprägte Th2-Lymphozyten-Hilfe initiiert einen Immunglobulin-Klassenwechsel zu IgE und ermöglicht die Sensibilisierung und Aktivierung von basophilen und eosinophilen Granulozyten sowie von Mastzellen. Pathophysiologisch neigt diese Abwehrausrichtung zu allergischen Typ-1-Hyperreaktionen.
  • Kann ein Allergen eine allergische Reaktion sowohl vom Typ-1 als auch vom Typ-4 auslösen?

    Lösung

    Der Allergietyp-1 wird durch eine Th2-Lymphozyten-Hilfe vermittelt und durch eine allergen-bedingte Kreuzvernetzung membranständiger Immunglobuline der Klasse E auf eosinophilen und basophilen Granulozyten sowie Mastzellen ausgelöst. Demgegenüber wird der Allergietyp-4 durch eine Th1-Lymphozyten-Hilfe vermittelt und ist durch eine lokale Infiltration des betroffenen Gewebes mit aktivierten, zytotoxischen Lymphozyten und Mφs geprägt. Durch die grundsätzlich gegenregulierte T-Lymphozyten-Hilfe kann sich immer nur ein Typus ausprägen.
  • Können Lebensmittellipide grundsätzlich eine allergische Reaktion auslösen?

    Lösung

    Eine allergische Reaktion geht grundsätzlich von einer MHC-Klasse II-restringierten Th2-T-Lymphozyten-Hilfe aus. Exogene, hydrophobe Antigenstrukturen, wie Lipoproteine, Glyko- und Phospholipide von Lebensmitteln werden von antigenpräsentierenden Zellen auf CD1-Molekülen präsentiert. CD1-restringierte NKT-Lymphozyten können eine allergieassoziierte IL-4- und IL-5-Signallage erzeugen, welche eine Synthese von allergenspezifischen Immunglobulinen durch B-Lymphozyten vermittelt. Grundsätzlich können somit CD-1 präsentierte Lipide ein allergenes Potential zeigen.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn extrazelluläre Bakterien eine zellulär-zytotoxische Abwehrreaktion auslösen?

    Lösung

    Eine adäquate Abwehr gegen extrazelluläre Bakterien ist die humorale Immunantwort. Lösen solche Pathogene eine zytotoxische Antwort aus, führt dies zu einer fehlgeleiteten Abwehrreaktion, welche keine Klärung des mikrobiellen Angriffs erreicht. Chronische Infektionen und autoimmune zytotoxische Hyperreaktionen können entstehen.
  • Welche direkten diätetischen Interventionen sind bei Allergien möglich?

    Lösung

    Eine Möglichkeit ist die Allergenvermeidung durch Hydrolysatnahrung, wobei potentielle allergie-provozierende Proteine, proteolytisch oder thermisch, in Peptid-Fragmente zerteilt werden. Eine andere Möglichkeit ist dieNeuausrichtung der Abwehrreaktion durch die Gabe immunstimulativer oder regulativer Lebensmittelkomponenten.
  • Was ist der immunologische Sinn der klonalen Selektion und Expansion?

    Lösung

    Die klonale Selektion und Expansion verstärkt die Effizienz der adaptiven Abwehr, indem durch ein relevantes Stimulationsereignis durch ein Antigen eine explosionsartige Vervielfältigung eines einzelnen stimulationskompatiblen Lymphozyten initiiert wird.
  • Warum ist die Versorgung des Körpers mit Mikro- und Makronährstoffen in der klonalen Abwehrphase so entscheidend für die Funktionsausprägung?

    Lösung

    Die Effizienz der klonalenAbwehrphase hängt direkt von dem Nährstoffversorgungsstatus des Körpers ab. Die enzymatischen Stoffwechselprozesse der explosionsartigen Proliferation von Lymphozyten während der klonalen Expansionsphase werden durch fehlende Mikro- und Makronährstoffe sowie durch eine Energieunterversorgung limitiert.
  • Warum ist die Versorgung des Körpers mit Zink und Vitaminen der B-Gruppe in der klonalen Phase der Abwehr essenziell?

    Lösung

    In der klonalen Expansionsphase der adaptiven Abwehr wird eine metabolische Aktivierung und Reprogrammierung bei Lymphozyten ausgelöst, wobei der zelluläre Stoffwechsel hochreguliert wird, um die Zellreproduktion umzusetzen. Vitamine der B-Gruppe und Zink sind essenzielle Kofaktoren für Schlüsselenzyme der Zellteilungsprozesse.
  • Worin besteht der funktionale Unterschied zwischen kovalent gebundenen und dissoziierbaren Kofaktoren von Enzymen?

    Lösung

    Kovalent an ein Enzym gebunden, sind Kofaktoren als prosthetische Gruppe unerlässlich für die katalytische Aktivität des Enzyms. Als dissoziierbares Koenzym nehmen sie innerhalb der Enzymreaktionen chemische Gruppen, Protonen oder Elektronen auf oder geben diese ab, oder sind als Metallionen enzym-gebunden für die Katalyse erforderlich.
  • Wie unterscheiden sich physiologisch die Protein-Energiemangelerkrankungen Kwashiorkor und Marasmus?

    Lösung

    Beim Kwashiorkor liegt vorwiegend eine Unterversorgung mit Nahrungsproteinen vor.
    Beim Marasus fehlt vorwiegend die zur Energiegewinnung notwendige Kohlenhydratzufuhr aus der Nahrung. Beide Mangelerkrankungen bedingen eine signifikante Immunsuppression.
  • Warum korreliert die Prävalenz autoimmuner oder allergischer Erkrankungen mit Cholecalciferol-Mangel?

    Lösung

    Cholecalciferol hemmt die Etablierung zytotoxischer Abwehrreaktionen und induziert eine periphere Toleranz. Beides wirkt autoimmunen und allergischen Hyperreaktionen gleichermaßen entgegen.
  • Wie können sich niedrige Calcium- und Phosphat-Blutserumkonzentrationen auf die Immunregulation durch Vitamin D3 auswirken?

    Lösung

    Niedrige Calcium-Blutserumkonzentrationen führendurch die Parathormonregulationzu einer Verstärkung des Vitamin D3-Signals. Erniedrigte Phosphat-Blutserumkonzentrationen verringern, vermittelt durch den fibroblast growth factor 23, das Vitamin D3-Signal.
    Immunologische Effekte des Vitamin D3-Signals, wie die antimikrobielle Abwehr, die Hemmung einer zytotoxischen Abwehr und die Induktion einer peripheren Immuntoleranz werden entweder begünstigt oder geschwächt.
  • Warum wirken sowohl eine nutrititve Energieüberversorgung als auch eine Energieunterversorgung mit Nahrung suppressiv auf Immunfunktionen?

    Lösung

    Der Ernährungsstatus wird von endokrin-aktiven Adipozyten des Fettgewebes durch Adipokine auf die Immunzellfunktion übertragen. Leptin stimuliert eine T-Lymphozyten-Proliferation und unterstützt zellulär-zytotoxische Abwehrreaktionen. Adiponektin reguliert das immunologische Abwehrpotenzial herab. Sowohl eine Energieüberversorgung als auch eine -unterversorgung limitieren die Effizienz einer adaptiven Abwehrreaktion.
  • Inwieweit hängen Immundefizienz und Nährstoffunterversorgung kausal zusammen?

    Lösung

    Eine Suppression der immunologischen Abwehr begünstigt Infektionen des Darmes. Daraus ergibt sich eine Schädigung der epithelialen Barriere, Diarrhö, Malabsorption und Nährstoffmangel. Dies führt zu einem erhöhten Nährstoffbedarf des Körpers. Eine Nährstoffunterversorgung bedingt wiederum eine Immundefizienz.
  • Warum wird Adipositas pathophysiologisch als Inflammation gesehen?

    Lösung

    Adipozyten sind endokrin aktive Zellen. Die mit einer großen Fettgewebsmasse assoziierten Leptin- und Zytokinsignalebewirken einen proinflammatorischen, durch eine Th1- und Th17-Lymphozyten-Hilfe getriebenen, Immunstatus.
  • Warum ist eine fehlende zelluläre Immuntoleranz immer krankheitsassoziiert?

    Lösung

    Die zelluläre Immuntoleranz ist immer eine zielgerichtete Immunsuppression. Ist diese regulierte aktive Suppression nicht gegeben, neigt die immunologische Abwehr zu autoimmunen Hyperreaktionen gegen Eigengewebe oder zu allergischen Hyperreaktionen gegen harmlose Umweltfaktoren. Etablierte Abwehrreaktionen können sich chronisch manifestieren.
  • Worin bestehen grundlegende Unterschiede zwischen der zentralen und der peripheren immunologischen Toleranz?

    Lösung

    Die einfachste Form einer immunologischen Toleranz ist die fehlende Wahrnehmung. Die zentrale Immuntoleranz verhindert Reaktionengegen Eigengewebe innerhalb der Immunzellreifung im Thymus.Die periphere Toleranz ergibt sich durch eine toleranz-induzierende Erkennungs- und Prägungsphase von Immunzellen unabhängig vom Thymus, die Hyperreaktionen gegen Umweltfaktoren unterbindet.
  • Welche grundlegenden Mechanismen führen zu einer zellulären Herabregulation einer etablierten Inflammation?

    Lösung

    Immunreaktionen müssen räumlich und zeitlich begrenzt im Rahmen einer physiologischen Homöostase ablaufen.Durch die Reduktion von essenziellen, lymphozytärenWachstumsfaktoren und durch eine Reduktion des Stimulationspotentials von antigenpräsentierenden Zellen am Entzündungsort wird die T-Lymphozyten-Hilfe herabreguliert. Eine gezielte Zytotoxizität gegenüber antigenpräsentierenden Zellen und Effektoren verringert das Abwehrpotential.
  • Warum können carotinoid- und retinolreiche Lebensmittel die Herabregulation einer Immunreaktion unterstützen?

    Lösung

    Retinol ist zusammen mit IL-10 und TGFβ ein essenzielles Immunsuppressionssignal innerhalb der zellulären Herabregulation der Immunreaktion. Beta-Carotin ist metabolisch ein Retinoläquivalent.
  • Inwieweit ist Vitamin D3 an der Herabregulation einer Immunreaktion beteiligt?

    Lösung

    Antigenpräsentierende Zellen können 1, 25-Dihydroxy-Cholecalciferol als aktive Form des Vitamin D bilden. Als Transkriptionsfaktorligand nimmt es Einfluss auf die Expression verschiedener immunregulativer Gene und beeinflusst dadurch die Bildung und Ausdifferenzierung immunsuppressiver Immunzellen.
  • Aus welcher strukturellen Gegebenheit ergibt sich die Aufteilung von langkettigen mehrfach-ungesättigten Fettsäuren in eine n3- und n6-Gruppe?

    Lösung

    Fettsäuren der n-3 Gruppe weisen in der Acylkette, gezählt vom Methlende, ab dem dritten Kohlenstoff die erste Doppelbindung auf, die Fettsäuren der n-6 Gruppe ab dem sechsten Kohlenstoff.
  • Was versteht man unter diätetischen Oxygenase-Inhibitoren?

    Lösung

    Alle Lipidmediatoren werden initial durch verschiedene Oxygenasen gebildet. Verschiedene pflanzliche Polyphenole hemmen die Genexpression der relevanten Oxygenasen oder inhibieren substratkompetitiv deren Enzymaktivität.
  • Welche Konsequenzen für die Immunregulation ergeben sich aus einer dysbalancierten Fettsäurediät?

    Lösung

    Immunfunktionale Fettsäuren müssen vorwiegend mit der Nahrung aufgenommen werden. Sind bestimmte Fettsäurespezies in einem unphysiologisch hohem Maße vorhanden oder fehlen als Vorläuferstrukturen für die Biosynthese von Lipidmediatoren, wirkt sich dies direkt auf die Bildung des Lipidmediatorprofils aus, welches sich in Fehlregulationen von Abwehrreaktionen widerspiegeln kann.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich aus einer chronischen Inflammation für die Fettsäurezusammensetzung von Zellmembranen?

    Lösung

    Durch manifestierte, chronische Entzündungsereignissewerden den Membranen von Gewebs- und Immunzellen zunehmend immunfunktionalen Fettsäuren entzogen, was die Immunsituation und den Krankheitsverlauf mitbestimmt.
  • Was versteht man unter einem Lipidmediatorenklassenwechsel?

    Lösung

    Der Lipidmediatorenklassenwechsel wird durch ein ausgeprägtes proinflammatorisches Signal der etablierten Abwehr initiiert. Nach diesem Signal bildet die Lipoxygenase-5 anstatt proinflammatorischer, immunsuppressive Lipidmediatorenund leitet dadurch die Begrenzung und Herabregulation der etablierten Abwehrreaktion ein.
  • Welche Regulationsmechanismen der Genexpression werden von der Ernährung beeinflusst?

    Lösung

    Relevante Expressionsregulationen sind epigenetische Mechanismen zur aktiven Genstilllegung,Transkriptionsfaktoren sowie Regulationsmechanismendurch alternativesSpleißen und durch RNA-Interferenz.
  • Was sind die grundlegenden Mechanismen zur Genstilllegung?

    Lösung

    Die grundlegenden Mechanismen zur Genstilllegung sind DNA-Methylierungen, Histon-Deacetylierungen und Histon-Methylierungen. Alle drei können durch die Ernährung beeinflusst werden.
  • Wie beeinflussen Lebensmittelkomponenten die epigenetischen Regulationen?

    Lösung

    Lebensmittelkomponenten beeinflussen die Aktivität von Enzymen, die an der epigenetischen Regulation von Genstillegungen beteiligt sind, als substratkompetitive Hemmfaktoren oder als Liganden allosterischer Aktivitätsregulationen.
  • Warum ist die Sequenz der Promotorregion eines Gens ein regulatorischer Hauptfaktor der Genexpression?

    Lösung

    Die Sequenz der Promotorregion bestimmt zum einen die Anbindungsaffinität der RNA-Polymerase und Transkriptionsfaktoren mit, zum anderen beeinflusst die Anzahl an CpG-Motiven die Intensität der Genstilllegung durch DNA-Methylierung.
  • Durch welchen Mechanismus können diätetische Interventionen die transkriptionsfaktor-abhängige Expression immunrelevanter Genen beeinflussen?

    Lösung

    Lebensmittelkomponenten können als Liganden für Transkriptionsfaktoren die Expression von Genen aktivieren oder hemmen. Konkurrieren Transkriptionsfaktoren, die von spezifischen Lebensmittelkomponenten aktiviert wurden, um die Anbindung an gleiche Promotoren, kann sich das Expressionsmuster von Genen transrepressiv verändern.
  • Inwieweit beeinflusst der Ernährungsstatus die Transkriptionsfaktor-abhängige Expression immunrelevanter Gene?

    Lösung

    Lebensmittelkomponenten können als Liganden für Transkriptionsfaktoren die Expression von Genen aktivieren oder hemmen. Konkurrieren Transkriptionsfaktoren, die von spezifischen Lebensmittelkomponenten aktiviert wurden, um die Anbindung an gleiche Promotoren, kann sich das Expressionsmuster von Genen transrepressiv verändern.
  • Inwieweit beeinflusst der Ernährungsstatus die Expression immunrelevanter Gene durch alternatives Spleißen?

    Lösung

    Die Bildung eines Spleißosoms hängt von regulativen Proteinen im Zellkern ab, welche phosphoryliert an bestimmte Sequenzen des jeweiligen Ziel-Exons anbinden können. Die Phosphorylierung dieser Proteine durch die korrespondierenden Phosphokinase-Signalkaskaden ist wiederum an den Energiestatus der Zelle gekoppelt, sodass die Nahrungsmenge und -qualität hierauf Einfluss nehmen können.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich, wenn eine Lebensmittelkomponente die Aktivität einer DNA-Methyltransferase hemmt, welche mit ihrer Reaktion miRNA-Gene stilllegt, die wiederum Gene für autoimmune Reaktionen blockiert?

    Lösung

    Durch die fehlende genstilllegende DNA-Methylierung autoimmunrepressiver miRNA-Gene wird die Expression von Genen, die an autoimmunen Reaktionen beteiligt sind, gehemmt.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich aus einer diätetisch bedingten Hemmung von RNAi-Genstilllegungen, die selbst wiederum die Genexpression für Enzyme blockieren, die epigenetische Genstilllegungsmechanismen umsetzen?

    Lösung

    Durch fehlende Genstilllegungen entstehen RNAi, die Gene epigenetisch aktiver Enzyme zur Genstilllegung inaktivieren. Daraus entsteht ein sich selbst erhaltender Regelkreis, der letztendlich jegliche epigenetische Regulation der Genexpression aufhebt.
  • Welche Konsequenzen ergeben sich für diätetische Interventionen, wenn die Genexpression spezifischer Transkriptionsfaktoren für immunrelevante Gene durch epigenetische Mechanismen reguliert werden?

    Lösung

    Lebensmittelkomponenten können sowohl regulative Liganden von Transkriptionsfaktoren sein, als auch als epigenetische Regulationsfaktoren wirken. Eine Lebensmittelkomponente kann beispielsweise als Ligand einen immunrelevanten Transkriptionsfaktor aktivieren, gleichzeitig aber dessen Genexpression epigenetisch hemmen. Beide Effektoptionen müssen in der diätetischen Intervention berücksichtigt werden.
  • Fertig!

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