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Biology, Seventh Edition Solomon • Berg • Martin Defensas internas Capítulo 44 Dr. Robert J. Mayer Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Inmunología • El estudio de las defensas internas del cuerpo • Respuesta inmune • Reconocimiento de macromoléculas extrañas al cuerpo • La respuesta para eliminar las mismas Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Respuesta inmune en el ser humano Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Respuesta inmune no específica • Provee protección general inmediata –Patógenos –Algunas toxinas y drogas –Células cancerosas Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Respuesta inmune específica • Altamente específica • Incluye memoria inmunológica • Envuelve la producción de anticuerpos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Antígenos • Moléculas especialmente reconocidas como extrañas o peligrosas por las células del sistema inmunológico • Anticuerpos • Proteínas altamente específicas que reconocen y se unen a antígenos específicos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Respuesta inmune de los invertebrados • Generalmente es no-específica • Barreras físicas –Cutícula –Piel –Membranas mucosas –Algunos invertebrados muestran memoria inmunológica Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Fagocitos (celomados) • Péptidos antimicrobiales –Moléculas solubles que destruyen los patógenos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Respuesta inmune no-específica de los vertebrados Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Respuesta inmune en el ser humano Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Respuesta inmune no específica en los vertebrados • Primera línea de defensa –Barreras físicas –Piel –Revestimiento mucoso (lisosimasataca bacterias gram + ) de los sistemas respiratorios y digestivos • Otras defensas no-específicas –Moléculas solubles –Linfocitos y un sistema linfático –“natural killer cells” Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Moléculas solubles secretadas por el sistema inmunológico que son de gran importancia en la respuesta inmune • Péptidos antimicrobiales • Péptidos regulatorios • Proteínas que destruyen patógenos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Moléculas solubles importantes: I. Cytokinas • Proteínas que funcionan como seňales que regulan las interacciones entre las células • Regulan la intensidad y duración de la respuesta inmune y también son importantes en la regulación de otros procesos biológicos – crecimiento celular, reparación y activación celular. Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Tipos de cytokinas • Interferonas –Inhiben la replicación viral y activan las “natural killer cells” Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Interleukinas –Ayudan a regular las interacciones entre los linfocitos y otras células del cuerpo –Algunas tienen efectos muy variados –Producidas por los macrófagos y linfocitos –e.g. causan fiebre Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Quimiokinas (chemokines) – Atraen, activan y dirigen el movimiento de algunas células del sistema inmunológico • Tumor necrosis factors (TNFs) – Matan las células de los tumores y estimulan las células inmunes a iniciar una respuesta inflamatoria – Producidas por macrófagos y linfocitos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Proteínas del complemento • Contribuyen o “complementan” la respuesta inflamatoria – Rompen la pared celular de los patógenos – Cubren los patógenos mejorando el proceso de fagocitosis – Atraen glóbulos blancos al lugar de la infección – Se producen una vez el animal esta expuesto a un patógeno – Producidas por fagocitos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Los fagocitos que destruyen las bacterias • Neutrófilos – fagocitos mas comunes • Macrófagos • Natural killer cells (NK cells) • Destruyen las células infectadas por viruses • Destruyen células alteradas y extrañas como células de tumores Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Fagocitos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense La respuesta inflamatoria Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense PATHOGENS INVADE TISSUES Cells injured Activate molecules in plasma, mast cells, macrophages Increased blood flow to area Bring phagocytes, nutrients, antibodies Redness Phagocytes migrate to region Increased capillary permeability Vasodilation Antibodies pass from blood into inflamed area Edema Pain Increased Phagocytosis Increased temperature Release IL-1 Fever Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Systemic response Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Respuesta inflamatoria • Iniciada cuando los patógenos invaden los tejidos • Vasodilatación –Aumento en el diámetro de los vasos sanguineos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Aumento en la permeabilidad de los capilares –Permite el fluido y anticuerpos salir de la circulación y entrar a los tejidos • Aumento en la fagocitosis –Una gran cantidad de neutrofilos migran al area afectada Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Varios tipos de moléculas inflamatorias, en el plasma, son activadas • Los neutrofilos migran al área afectada y liberan citokina y quimioquinas – atraen a los linfocitos • Los “Mast cells” liberan histamina ademas de otros compuestos que causan la vasodilatación y aumentan la permeabilidad de los vasos sanguineos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Respuesta inmune específica Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Lymphocytes Antigen presenting cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-4, p. 951 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Respuesta inmune específica • Ocurre mientras esta ocurriendo las respuesta noespecífica (destruyendo los patógenos y evitando que se riege la infección) • Toma unos cuantos días para comenzar • Muy efectiva • Precisamente diseñada para destruir antígenos específicos • Tienen memoria inmunológica Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Características de la respuesta inmune específica • Existe una serie de células que estan envueltas en este tipo de respuesta • E.g. Linfocitos (linfocitos T, B y las el células NK), “antigen – presenting cells” y los Eosinófilos • Dos tipos: – Inmunidad mediada por células – Inmunidad mediada por anticuerpos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Inmunidad mediada por células • Hay células T - específicas que se activan • Viajan al lugar de la infección y atacan los patógenos al igual que las células extrañas al cuerpo (T C itotóxicas) • También atacan las células cancerosas • Otras (T Helper) contribuyen con la inmunidad mediada por anticuerpos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Lymphocytes Antigen presenting cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-4, p. 951 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Inmunidad mediada por anticuerpos • Algunas células B específicas son activadas • Este tipo de inmunidad es de las principales defensas del cuerpo humano • Las células B se multiplican y se diferencian en células plasmáticas que producen anticuerpos (formas solubles de las glucoproteinas receptoras que pueden ser secretadas) • Se producen millones de células B en la médula osea diariamiento • Cada célula B está programada genéticamente para producir un receptor hecho de glucoproteina que se une a un tipo específico de antígeno (¿cómo lo hacen?) Algunas de las células B no se convierten en células plasmáticas sino que se convierten en células B de memoria - permanecen en el cuerpo después de la infección Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Células del sistema inmunológico • Linfocitos – Se desarrollan de las células madre (stem cells) en la medula ósea. – Células T (se maduran en el timo) – Células B – Se acumulan en los órganos linfáticos secundarios: vaso, nódulos linfáticos, amigdalas y otros • Antigen-presenting cells (APCs) Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Lymphocytes Antigen presenting cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-4, p. 951 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Células T • Envueltas en inmunidad mediada por células • Células T - citotóxicas (células TC) – reconocen y destruyen células con antígenos extraños (células infectadas por viruses y células cancerosas • “T helper cells (TH)” – Son células reguladoras secretan cito quinas y activan las células B y los macrófagos • “Memory T - cells” – permanecen en el cuerpo después de la infección Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Las células T se distinguen por los receptores de las células T (TCRs) los cuales reconocen diferentes antígenos • Salen del timo y se alojan en otros órganos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Antigen-presenting cells (APCs) – de esta forma funcionan los macrófagos, células B y células dendríticas (presentes en los tejidos del cuerpo que estan expuestos al ambiente) • Reconocen los “pathogen associated molecular patterns” o PAMPS y se activan • Luego atrapan, ingieren y destruyen la mayoría de los patógenos bacteriales (fagocitosis mediada por receptores) – viajan a los nódulos linfáticos (se maduran por el camino) • Muestran algunos de los antígenos extraños que quedan (además de las proteínas en su superficie) a las células T Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Complejo de histocompatibilidad mayor (CHM) • La capacidad de un organismo para distinguir entre sus componentes y los que son extraños al organismo depende de un grupo de genes que codifican para las proteínas CHM • Class I MHC genes – Codifican para antígenos (difieren en estructura química, función, y distribución en el tejido), glucoproteinas expresadas en la superficie de la mayor parte de las células nucleadas – Estos antígenos se unen a los antígenos extraños al cuerpo provenientes de viruses o otros patógenos – La célula muestra este complejo de antígenos del CHM y los antígenos extraños en su superficie y se lo presenta a las células T citotóxicas Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Inmunidad mediada por células Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Proceso inmune mediado por células • Efectuado por las células T y los APC (células dendríticas y macrófagos) • La APC forman el complejo antígeno – CHM el cual estimula las células TH las cuales dan origen a clones de células TH • Estas células TH – Atraen macrófagos al lugar de la infección – Promueven la destrucción de los patógenos – Producen cytokinas que a su vez estimulan las células TC Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Lymphocytes Antigen presenting cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-4, p. 951 Biology, Seventh Edition Ingested pathogen CHAPTER 43 Internal Defense TH cells differentiate and release cytokines that act on other T cells. Cytokines APC TH cell T helper (TH) cell is activated by specific foreign antigen–MHC complex presented by an APC. TH cell TC cells Antigen-MHC complex Infected cell Activated TH cell increases in size and divides by mitosis. Clone of competent TH cells produced. Memory T cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning T cytotoxic (TC) cells are activated by foreign antigen -MHC complex displayed by infected cells. TC cells form clones and migrate to tissues. They release proteins that destroy infected cells. Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Clone cells migrate to the site of infection • Pathogen-infected cells destroyed • Activated TH cells give rise to a clone of TH cells • Clone cells secrete cytokines • B cells and macrophages activated Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Inmunidad mediada por anticuerpos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Activación de células B Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-6, p. 954 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Lymphocytes Antigen presenting cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-4, p. 951 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Bacterium Antigen Antigen Bacterium Lysosome APC B cell Antigen– MHC complex 1a APC takes in bacterium, breaks it down, and presents foreign antigens on its surface in combination with MHC class II antigens. 1b B cell independently combines with foreign antigens on surface of bacterium, but B cell is typically not active until stimulated by TH cells. Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-6a, p. 954 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Cytokines APC TH cell Receptor 2 T cells are activated when their receptors combine with foreign antigen–MHC antigen H complexes on APC. Signaling takes place via cytokines secreted by both cells. Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-6b, p. 954 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Foreign antigen TH cell B cell Cytokines Cell division 3 Activated TH cell recognizes antigen–MHC complex on B cell. TH cell secretes cytokines that activate B cell that has interacted with foreign antigen. B cell then divides, and subsequent divisions produce clone of identical B cells. Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-6c, p. 954 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-7, p. 955 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Estructura de los anticuerpos Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Antibody structure • Y-shaped • Two arms combine with antigen Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-8, p. 956 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Binding sites Antigenic determinants Light chain Variable (V) region Constant (C) region Disulfide bond Heavy chain Antigen Antibody Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-8a, p. 956 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Antigen–antibody complex Inactivates pathogen Inactivates toxins Increases phagocytosis Destroys pathogen Activates complement Coats surface of pathogen Increases phagocytosis Stimulates mast cells to release histamine Attracts phagocytes Increases inflammation Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-8b, p. 956 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Antibody molecule • Four polypeptide chains –Two identical heavy chains –Two shorter light chains • Chain regions –Constant (C) region and –Variable (V) region Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Antigenantibody complex Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-10, p. 957 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Recombination of DNA segments • Main factor responsible for antibody diversity • Occurs during the differentiation of B cells • Millions of different types of B (and T) cells are produced Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Immunological memory • Memory B and memory T cells remain in the body after an infection • Responsible for long-term immunity Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-11, p. 959 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Primary immune response • Stimulated by the first exposure to an antigen • Secondary immune response • Stimulated by a second exposure to the same antigen • More rapid and more intense than the primary response Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Active immunity • Develops as a result of exposure to antigens • May occur naturally after recovery from a disease • May be artificially induced by immunization with a vaccine Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Passive immunity • Temporary condition • Develops when an individual receives antibodies produced by another person or animal Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Table 44-1, p. 959 Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Response to cancer cells • NK cells, macrophages, and T cells recognize antigens on cancer cells and launch an immune response against them • Cancer cells evade the immune system by blocking TC directly or by decreasing their class I MHC molecules Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Cancer cell destruction Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Human immunodeficiency virus (HIV) • Retrovirus • Causes acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) • Destroys T helper cells • Severely impairs immunity Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Fig. 44-14, p. 963 Biology, Seventh Edition HIV-infected T cell Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning CHAPTER 43 Internal Defense Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Graft rejection • Transplanted tissues have MHC antigens • Immune response stimulated • T cells destroy the transplant Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Hypersensitivity reactions • Rh incompatibility • Allergic reactions • Autoimmune diseases Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Rh incompatibility • Rh-negative woman gives birth to an Rh-positive baby • Anti-D antibodies develop • Rh incompatibility occurs in future pregnancies Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Rh incompatibility Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Allergic reaction • Allergen stimulates the production of IgE • IgE combines with receptors on mast cells Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense • Mast cells release histamine and other molecules –Causes inflammation, other allergy symptoms • Systemic anaphylaxis –Rapid, widespread allergic reaction –Can lead to death Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning Biology, Seventh Edition CHAPTER 43 Internal Defense Allergic reaction Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning