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Einleitung: Zellen – Aufbau und Funktion

Zunächst das grundlegende:

-Alle Organismen sind aus Zellen aufgebaut
Frühe Erwähnungen der „Zelle“:
-Robert Hooke 1665 – cellula
-Matthias Schleiden 1838: alle pflanzlichen Gewebe aus Zellen
-Rudolf Virchow 1858: omnis cellula e cellula

Aufbau der Zelle – Unterschiede zur tierischen Zelle

Pflanzenzellen haben im Gegensatz zu tierischen Zellen:

Zellwände mit Mittellamellen und Plasmodesmen
eine Vakuole
Plastiden
keine Centriolen

Die Zellwand

Die Zellwand ist eine Art „Exoskelett“ der pflanzlichen Zelle und dient der Stabilität der Grundstruktur.
Sie ist aus Fibrillen aufgebaut und mehrschichtig, mit Mittellamelle, Primärwand und Sekundärwand.
Die Fibrillen bestehen aus Strukturpolysacchariden, also Zuckermolekühle, die hier zu Cellulosecellulose aneinander gereiht sind. Der Aufbau von Cellulose ähnelt stark dem der Stärke, bei Stärke sind die Glucose Untereinheiten gleichständig, während sie bei Cellulose Wechselständig sind. Zusätzlich sind auch noch Pectin und Hemicellulose zwischen den Cellulosefasern in die Zellwand eingelagert.

Turgeszenz und Plasmolyse

Gibt man eine Zelle in ein Medium mit hoher Konzentration an gelösten Stoffen (hypertonisch), so folgt die Zellflüssigkeit dem Konzentrationsgradienten und diffundiert aus der Zelle heraus. Diesen Vorgang nennt man Plasmolyse.


Plasmolyse
Foto: Mnolf
Lizenz: [http://www.xonk.de/fdl.txt GNU-Lizenz für freie Dokumentation].

Die Originaldatei ist hier zu finden.

Wenn ein Gleichgewicht an gelösten Stoffen innerhalb und außerhalb der Zelle existiert (isotonisches Medium), sodass kein Wasser aus der Zelle diffundiert und die Vakuole der Zelle dabei die ganze Zelle ausfüllt, spricht man von einer Grenzplasmolyse.
Sind dagegen mehr Stoffe in der Zelle gelöst, als im Außenmedium (hypotonisches Außenmedium) , so diffundiert das umgebende Wasser in die Zelle und es entsteht ein erhöhter Innendruck. Dies nennt man Vollturgeszenz. Dieser Vorgang kann bis zum Platzen der Zelle führen.
Der Vorgang bei der Plasmolyse ist umkehrbar (Deplasmolyse), solange er nicht zu lange anhält und die Zelle noch keinen dauerhaften Schaden genommen hat. Das gleiche gilt für die Vollturgeszenz, solange die Zelle durch den Druck nicht zu stark beschädigt wurde.

Die Fähigkeit eines Mediums oder einer Zelle, Wasser auf zu nehmen wird mit dem Wasserpotential beschrieben. Dieses hängt von der Menge der gelösten Molekühle, bzw. Ionen ab. Wird das Wasserpotential einer Zelle berechnet, so geht auch der Wanddruck in die Rechnung mit ein.
Es gibt zwar spezielle Poren, durch die selektiv Wasser in die Zelle gelangen kann (Aquaporine), aber grundsätzlich kann das im Vergleich zu den meisten organischen Molekühlen vergleichsweise kleine Wassermolekühl durch die semipermeable Membran einer Zelle einfach hindurch diffundieren.

Das Wasserpotential einer Zelle

Das Wasserpotential hat die Einheit des Drucks (meist in Megapascal MPa angegeben, 1 MPa @ 10 bar)

Bei Normaldruck ist das Wasserpotential ψ negativ; reines Wasser hat ψ = 0

ψ = P – π      Formel für den Wasserzustand der Zelle

Der Wanddruck P ist immer positiv; bei P = 0 ist Grenzplasmolyse

Das osmotische Potential π ist immer positiv; es entspricht dem negativen Wasserpotential des Zellsafts

reines Wasser hat ψ = π = 0

Wasser fließt immer vom positiveren zum negativeren Wasserpotential

Plasmodesmen

Über Plasmodesmen stehen Pflanzenzellen miteinander in Verbindung. Diese Verbindungen werden vom ER durchzogen und häufig sind viele Plasmodesmen in Tüpfelfeldern zusammen gefasst.

Verschiedene Plastiden


Amyloplasten einer Kartoffel
Foto: Mnolf
Lizenz: [http://www.xonk.de/fdl.txt GNU-Lizenz für freie Dokumentation].

Die Originaldatei ist hier zu finden.

Amyloplast – Stärkespeicherung

Elaioplast – enthalten Öl in zahlreichen Plastoglobuli

Leukoplast – tüpisch für sich nicht mehr teilende Zellen ohne Fotosynthesefunktion. Sie können Speicherfunktionen übernehmen und als Elaioplasten Öle einspeichern oder als Amyloplasten Stärke einspeichern.

Chromoplasten – enthalten Carotinoide, die auch für ihre Farbe verantwortlich sind. Dienen mit der Farbe in Blüten häufig der Tieranlockung.

Etioplasten – Vorstufen der Chloroplasten. Die letzten Schritte zur Bildung der Chloroplasten sind Lichtabhängig, sodass bei Lichtmangel die Plastiden zu Etioplasten werden. Diese sind durch Carotinoide blassgelb gefärbt und enthalten vorstufen, oder Bausteine der Thylakoidmembran der Chloroplasten.

Chloroplasten – Hier findet die Fotosynthese statt, welche den Sauerstoff produziert und durch die der Lebenszyklus erhalten wird.

Zellinhalt ist nicht statisch

Der Zellinhalt bewegt sich in der Zellflüssigkeit und ist nicht statisch. Die Zelle kann gezielt auf ihn einwirken und zB. gezielt Plastiden wie die Chloroplasten drehen um zB. die Chloroplasten aus zu starkem Sonnenlicht heraus zu drehen und sie damit zu schützen.
Weitere Beispiele sind Geißeln, oder die Bewegung der Chromosomen in der Mitose.

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