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Ejercicios T. 20: Defensa del organismo frente a la infección
ACTIVIDADES PAU RESUELTAS
20.1. Con relación al sistema inmunitario.
a) Define los conceptos de antígeno y anticuerpo.
b) ¿Qué se entiende por respuesta inmune?
c) Indica los tipos de respuesta inmune y explica cada uno de ellos.
Actividad resuelta en el libro del alumno.
20.2. En el sistema defensivo del organismo existen células fagocíticas.
a) Cita dos de estas células e indica a qué tipo de defensa pertenecen.
b) Explica el mecanismo de la fagocitosis y sus etapas.
Actividad resuelta en el libro del alumno.
ACTIVIDADES
20.3. Respecto a la función defensiva del sistema inmunitario, describe cuáles son y cómo actúan los mecanismos de defensa inespecíficos.
Cualquier organismo es capaz de reconocer a sus propias células, y puede distinguirlas de las de otro individuo de su misma especie o incluso de las de una especie distinta. Esto se debe a que todas las células presentan en la superficie de sus membranas unas moléculas exclusivas, diferentes -en mayor o menor medida- a las de otras células. Solo en el caso de los gemelos univitelinos, estas moléculas son idénticas. Cuando las células de dos individuos entran en contacto, esas mínimas diferencias convierten a estas moléculas de superficie en elementos extraños ante los que el organismo reacciona, intentando librarse de ellos; es la respuesta inmune.
La actuación de los mecanismos de defensa inespecíficos se puede resumir de la siguiente forma: la barrera más externa es la piel, que actúa como una barrera mecánica y cuyo objetivo es impedir que cualquier agente externo penetre en el organismo. Reacciona de la misma manera ante cualquier tipo de patógeno tantas veces como este intente acceder. Sin embargo, cuando la piel sufre una alteración, permite el paso de los gérmenes, que entonces, sí pueden llegar a la sangre. Aquí se encuentra la segunda barrera, que está compuesta por células -los leucocitos o glóbulos blancos-, y que son los defensores del organismo mediante el proceso de fagocitosis. Sin embargo, al igual que la piel, esta constituye también una barrera inespecífica, es decir, que tampoco distingue unos microorganismos de otros.
20.4. Respecto a la respuesta inmune.
a) Explica en qué consiste la respuesta inmunológica primaria y secundaria
b) Representa gráficamente cómo varía la concentración de anticuerpos a lo largo del tiempo en ambas respuestas.
c) Define memoria inmunológica.
a) La respuesta inmune primaría es el proceso imprescindible y necesario para que exista memoria inmune, puesto que es aquí cuando la proliferación de los linfocitos crea células de memoria. Esta consta de tres fases sucesivas:
Esta respuesta es característica y casi exclusiva de los vertebrados. Los invertebrados carecen de ella, aunque sí desarrollan fenómenos de defensa como la fagocitosis o la inflamación.
• Fase de latencia. Tiene una duración de una a dos semanas, durante la cual el antígeno es identificado y tiene lugar la proliferación de los linfocitos.
• Fase logarítmica. Dura varios días, y en ella, la producción de anticuerpos -inmunoglobulinas del tipo IgM- aumenta hasta un máximo.
• Fase de declinación. En ella, la concentración de anticuerpos va disminuyendo progresivamente hasta alcanzar niveles muy bajos o anularse. Cuando esto ocurre, la respuesta inmune primaria ha eliminado la infección.
La respuesta inmune secundaria es cuando el antígeno accede por segunda vez al organismo, sin que importe el tiempo transcurrido desde el primer contacto; se caracteriza por:
• La fase de latencia es mucho más corta, ya que existen células de memoria que reconocen al antígeno, y rápidamente proliferan.
• La producción de anticuerpos, que en esta segunda respuesta son inmunoglobulinas IgG, es más rápida y de mayor intensidad. Las IgG pueden perdurar largo tiempo en la sangre. Los virus del sarampión, la varicela o la rubéola, por ejemplo, crean un estado inmune permanente en el individuo. Pero el virus de la gripe, que dispone de componentes antigénicos sensibles a las mutaciones, solo provoca una inmunidad temporal.
c) La respuesta inmune se produce siempre que existe contacto con el germen invasor, pero tras el primero de ellos, el organismo "recuerda"; por ello, en contactos sucesivos, la respuesta puede llegar a ser tan intensa y rápida que la enfermedad no siempre vuelve a manifestarse. Esto es la memoria inmune, que como los recuerdos, se alarga con los años a medida que se establecen más contactos con diferentes patógenos.
20.5. Elabora un dibujo esquemático de la reacción inflamatoria y describe cómo transcurre.
20.6. Estudia la siguiente gráfica y contesta a las preguntas.
a) ¿Qué proceso representa? ¿Qué indican las dos flechas situadas sobre la gráfica?
b) ¿Qué debe ocurrir para que se desencadene la respuesta inmune?
c) Enumera las diferencias principales entre estos dos procesos.
d) ¿Qué tipo de anticuerpos se generan en cada uno de ellos?
a)La gráfica representa la variación en la concentración de anticuerpos en el plasma a lo largo del tiempo. Se trata de la respuesta inmune primaria y secundaria. La primera flecha indica la respuesta primaria, la que sobreviene en el primer contacto con el antígeno; y la segunda señala la respuesta inmune secundaria, la que se produce ante sucesivos contactos.
b)Que un antígeno logre sobrepasar las barreras inespecíficas de la defensa orgánica, y que este establezca contacto con un determinado linfocito B.
c) La cantidad de anticuerpos que se producen, el tiempo que tardan en producirse tras la inyección del antígeno y el tiempo que permanecen en el plasma
d) Los anticuerpos que se producen en la respuesta inmune primaria son IgM. Los de la respuesta inmune secundaria son IgG.
La primera exposición al antígeno tarda en producirse, por lo que tiene una fase de latencia larga, durante la cual se identifica al antígeno y se forman clones de linfocitos B y T, que terminan neutralizando al antígeno, superándose así la enfermedad. Como se crean también células de memoria, la respuesta inmune secundaria tiene una fase de latencia mucho más corta y se producen muchos más anticuerpos, de modo que la enfermedad no llega a manifestarse. Estos anticuerpos, a diferencia de la respuesta inmune primaria, persisten en el plasma durante mucho más tiempo.
20.7. Referente a los linfocitos T.
a) ¿Qué tipos de linfocitos T conoces y cómo actúa cada uno de ellos?
b) Menciona dónde se originan y dónde maduran.
a) Linfocitos T citotóxicos, colaboradores y supresores, y células de memoria. Los linfocitos T citotóxicos (CD8) reaccionan ante péptidos situados en la superficie de cualquier célula. Se fijan sobre ella, y liberan sustancias (citocinas, citotoxinas y linfocinas) que la destruyen. Los colaboradores reconocen fragmentos unidos a proteínas del MHC en la superficie de los macrófagos, y liberan entonces linfocinas que activan a los linfocitos citotóxicos y a los linfocitos B, que desencadenan la respuesta humoral. Los supresores disminuyen o atenúan la respuesta inmune. Las células de memoria son células que persisten en el tejido linfático, esperando un nuevo contacto con el antígeno.
b) Los linfocitos T se originan en la médula y maduran en el timo.
Los linfocitos T son los responsables de la respuesta inmune celular, junto con los macrófagos. A estas células se las llama también células presentadoras de antígenos, porque cuando un antígeno invade al organismo, es captado por los macrófagos que, gracias a un conjunto de proteínas que constituyen el complejo principal de histocompatibilidad, lo fagocitan y muestran en su superficie los fragmentos del mismo. Los linfocitos T reconocen estos fragmentos, se activan y proliferan, dando lugar a los tipos de linfocitos citados.
20.8. El significado original de "antígeno" es generador de anticuerpos. Los antígenos son moléculas que cuando penetran en el organismo son reconocidas por algunos tipos celulares.
a) Nombra los dos tipos principales de células sanguíneas que reconocen antígenos.
b) Menciona cuál de estos dos tipos celulares está implicado en la respuesta humoral.
c) Menciona cuál de estos dos tipos celulares está implicado en la respuesta inmune celular.
d) Menciona cuál de estos dos tipos celulares, una vez reconocido el antígeno, induce la secreción de anticuerpos contra ese antígeno.
a) Se trata de los linfocitos B y los linfocitos T.
b) Los linfocitos B.
c) Los linfocitos T.
d) Los linfocitos B. Cuando un antígeno penetra en el organismo, acaba por encontrar un linfocito B que tiene en su superficie celular un anticuerpo complementario de ese antigeno. La unión entre ambas moléculas activa y hace proliferar a ese linfocito B, que responde dividiéndose en dos tipos de células:
- Células plasmáticas, que son células dotadas de un RER sumamente desarrollado que produce grandes cantidades de anticuerpos libres. Las células plasmáticas permanecen en los ganglios, pero los anticuerpos circulan por la sangre y los tejidos.
- Células de memoria. Algunos linfocitos no se transforman en células plasmáticas sino en células de memoria, y circulan mucho tiempo después en sangre, dispuestas a repetir el proceso.
20.9. Respecto al sistema inmune, responde a las siguientes cuestiones.
a) ¿Qué tipo de biomoléculas son los anticuerpos?
b) ¿Qué tipo de biomoléculas son los antígenos?
c) ¿Cuáles son las características más importantes de la reacción antígeno-anticuerpo?
d) ¿Qué células del organismo producen anticuerpos?
a) Los anticuerpos son proteínas de conformación globular que, debido a sus propiedades, reciben el nombre de inmunoglobulinas (Ig).
b) Un antígeno es toda sustancia, ajena al organismo, capaz de desencadenar una respuesta inmune.
c) El determinante antigénico de un antígeno se acopla con la porción variable de un anticuerpo, como lo hace una llave con su cerradura.
La unión tiene lugar mediante enlaces de Van der Waals, interacciones hidrofóbicas o iónicas, pero no se forman enlaces covalentes, por lo que la reacción es siempre reversible.
La reacción antígeno-anticuerpo es totalmente específica: un anticuerpo es capaz de reconocer entre miles de determinantes antigénicos a aquel que le es complementario. El resultado final consiste en la formación de complejos antígeno-anticuerpo que, posteriormente, son fagocitados.
d) Los linfocitos B.
20.10. El esquema representa una de las moléculas más importantes en la respuesta inmune.
a) Nombra esta molécula indicando su estructura y función.
b) Indica qué células del cuerpo humano producen estas moléculas y explica de qué tipo celular proceden.
c) Explica el papel de estas moléculas en las reacciones antígeno-anticuerpo.
a) Se trata de una inmunoglobulina (Ig) o anticuerpo.
b) Está formada por cuatro cadenas de aminoácidos unidas por puentes disulfuro y dispuestas en forma de Y. Hay dos cadenas largas, llamadas cadenas H, y dos cadenas cortas, llamadas cadenas L. Las cadenas H forman el soporte de la Y, son comunes a todos los anticuerpos, y constituyen la porción constante de la molécula. Las ramas de la Y son exclusivas de cada anticuerpo y son la porción variable o paratopo. Con ellas, se une el anticuerpo a un antígeno y solo a él, de modo que una molécula de anticuerpo puede fijarse, al menos, a dos moléculas del mismo antígeno durante la reacción antígeno-anticuerpo.
c) Estas moléculas tienen la misión de atraer a los antígenos, y formar con ellos complejos antígeno-anticuerpo, que luego serán fagocitados por los macrofagos; son producidas por los linfocitos B, que son un tipo de glóbulos blancos.
20.11. Estudia el siguiente esquema.
a) Explica, de modo muy general, lo que representa.
b) Identifica qué células son A, B, C y D.
c) Indica qué sustancias o qué procesos representan los números 1, 2, 3, 4 y 5.
a) Los procesos de inmunidad celular y humoral. El origen de estos dos mecanismos de defensa específica está en las células madre del tejido hematopoyético, que dará origen a los linfocitos B y T.
b) A) Son los linfocitos B, que generan células plasmáticas por activación; B) son los linfocitos T, ya que su activación hace aparecer distintos tipos de linfocitos T; C) son los linfocitos T colaboradores (CD4), porque influyen sobre los linfocitos B, sobre los macrofagos y sobre los demás tipos de linfocitos T; D) son los macrofagos, que se originan de los monocitos.
c) 1. Interleucinas. 2. Producción de anticuerpos. 3,4,5. Interleucinas.
20.12. Relaciona con flechas los términos de las dos columnas.
20.13. En una transfusión de sangre, es muy importante tener en cuenta que los glóbulos rojos del donante son células extrañas para el receptor, y que en su superficie existen moléculas que este va a percibir como antígenos. Se trata del sistema ABO. Sus posibles combinaciones originan los cuatro grupos de glóbulos rojos que se conocen.
• A, con antígeno A.
• B, con antígeno B.
• AB, con los dos.
• O, con hematíes sin antígenos.
Explica qué pasará si una persona del grupo A recibe una transfusión de un donante del grupo B.
Una persona del grupo A tiene glóbulos rojos que en su membrana expresan el antígeno A, y que es tolerado por el organismo. Si recibe sangre del grupo B, recibirá glóbulos rojos que expresan en su membrana el antígeno B. Este antígeno no será reconocido como propio, y se desencadenará contra él una respuesta ¡nmunitaria con segregación de anticuerpos que pueden causar una conmoción al receptor, e incluso su muerte.
20.14. Define el concepto de inmunidad. Describe brevemente los tipos de inmunidad celular y humoral, e indica qué tipos de linfocitos intervienen en cada una de ellas.
La inmunidad es la respuesta del organismo para neutralizar o destruir cualquier molécula ajena al organismo -denominada antígeno-, independientemente de que sea o no perjudicial y de que se encuentre libre o formando parte de un germen.
Hablamos de inmunidad humoral cuando los linfocitos B fabrican proteínas específicas -los anticuerpos-, capaces de reconocer y unirse a antígenos destruyéndolos.
20.15. El esquema representa una célula del sistema inmunitario que interacciona, por primera vez, con un antígeno.
a) ¿Qué tipo de célula es la que está representada en el esquema?
b) ¿Qué representan las moléculas A, B y C?
c) ¿Habría alguna diferencia si el esquema representase un segundo contacto con el antígeno?
a) La célula representada es un linfocito B con anticuerpos anclados a su superficie, que actúan como receptores de antígenos. Los linfocitos T también reconocen antígenos, pero sus receptores no son anticuerpos.
Hablamos de inmunidad celular cuando los linfocitos T y los macrófagos son capaces de unirse a los antígenos y destruirlos.
b) A son anticuerpos con forma de Y. El tallo de la misma está formado por la porción constante de todos los anticuerpos, y las ramas contienen (dos veces) la porción variable, con la que se unen al antígeno. Son monómeros, por lo que se supone que se trata de IgD. B son antígenos. C son anticuerpos libres. No pueden ser IgG porque estamos en una respuesta primaria, ni IgM porque no son pentámeros. Solo pueden ser IgE o IgA.
c) Si se tratara de una respuesta inmune secundaria, esto es, en un segundo contacto con el antígeno, habría muchos más anticuerpos libres y serían IgG.
Hay anticuerpos de cinco clases, que son proteínas distintas que se basan en el número de subunidades que las forman -son monómeros, dímeros o pentámeros- y al número de moléculas de antígeno que, por esta razón, pueden fijar. Las IgG son las más abundantes, y atraviesan la placenta. Las IgA son dímeros, y están presentes en las secreciones. Las IgM son pentámeros, y aparecen en el primer contacto con el antígeno. Las IgE aparecen en fenómenos alérgicos, y de las IgD se sabe poco; aparecen en la superficie de los linfocitos B.
UN PASO MÁS
20.16 Un diseñador de videojuegos imagina cuatro escenas de persecución que deberán incluirse en la aventura que está desarrollando.
Primera escena: en penumbra, una criatura fantástica persigue a una legión de esferas negras y peludas, sobre las que descarga dardos fosforescentes. Algunos se clavan en algunas de ellas, pero no parece afectarles, dado que siguen corriendo. Hasta que aparece un gran sapo blanco, que se come a todas las criaturas negras que puede detectar...
Segunda escena: superada esta pantalla, las esferas negras y peludas que sobreviven llegan a una charca en la que habitan una especie de medusas dotadas de miles de tentáculos a las que atraen poderosamente. Las medusas se les pegan por todos los sitios, y unas y otras forman marañas que se mueven con dificultad... hasta que aparece otra vez el sapo blanco, que las engulle.
Tercera escena: las esferas que han sobrevivido al sapo por segunda vez nadan velozmente hacia una estructura que las atrae al tiempo que emite haces de luz por sus innumerables poros. Algunas esferas se introducen por los poros sin problemas, pero no así aquellas a las que se han unido pequeñas vesículas de gas. Estas ya no caben y, además, tienden a flotar.
Cuarta escena: finalmente, muchas de las criaturas negras pretenden atravesar una trama de algas que las lastra y dificulta su avance. Se agotan tratando de desligarse de ellas, y se hunden hasta el fondo de la charca, donde las espera, cómo no, de nuevo, el sapo blanco.
a) Establece el paralelismo entre este esbozo de guión y el hecho biológico en el que pueda estar basado.
a) Se trata de establecer un paralelismo entre este esbozo de guión con el hecho biológico en el que pueda estar basado. Sería conveniente, además, tratar de identificar a los diferentes personajes que intervienen en la historia para rehacer el texto biológico original.
La primera pantalla representa la reacción de la opsonización. Las esferas negras son los antígenos, y los dardos fluorescentes son las opsoninas, que permiten al sapo blanco (los macrófagos) situarlas en la penumbra y fagocitarlas.
La segunda pantalla representa la reacción de aglutinación. Las medusas son anticuerpos que, atraídas por las criaturas negras, los antígenos, forman agregados celulares que también son fagocitados por los macrófagos.
b) El guión está basado en los diferentes tipos de reacción antígeno-anticuerpo que tienen lugar en el organismo, así como el destino de los complejos antígeno-anticuerpo que se forman.
b) Identifica los diferentes personajes que intervienen en la historia para rehacer el texto biológico original, en el que podría haberse inspirado el autor del videojuego.
En la tercera pantalla se representa la neutralización. Las vesículas de gas (los anticuerpos) impiden a las esferas negras (los antígenos) la entrada en la estructura de luz (la célula); impiden la infección y las aleja de ella. Finalmente, la trama de algas (anticuerpos) forma una masa que, debido a su peso, se va al fondo. Representa la reacción de precipitación, en la que se forman grandes complejos tridimensionales que precipitan y son fagocitados por los macrófagos (es decir, el sapo)
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