Die pflanzliche Zelle: Aufbau und Funktion

Im Leben von Pflanzen und Tieren spielen bestimmte Grundbausteine eine wichtige Rolle. Dabei übernehmen die Zellen die Hauptrolle. Ohne sie können Lebewesen nicht existieren. Was aber genau spielt sich in der einzelnen Zelle einer Pflanze ab? Worin besteht ihre Arbeit?

Eine Pflanze braucht eine Menge Wasser und Nährstoffe. Hältst Du diese „Lebenszutaten“ von ihr fern, lässt jede Blume über kurz oder lang den Kopf hängen. Das grüne Blattwerk stirbt. Damit das nicht passiert, gießt der Naturfreund seine Blumen in regelmäßigen Abständen. Dann geschieht etwas ganz einfaches: Die Zellen in dem grünen Gewächs saugen sich voll, bis sie ganz prall sind. Nicht nur die dicken Stängel einer Pflanze stehen dann stabil, sondern auch die ganz dünnen Stiele können sehr hoch stehen.

Ein Bild, das Dir sicher bekannt ist. Du kannst aber noch sehr viel genauer hinsehen. Betrachtest Du Zellen unterschiedlicher Herkunft unter dem Mikroskop, wird Dir auffallen, dass sie nicht immer gleich aussehen. Einige Zellen sind größer, andere wiederum kleiner. Auch in der Form können sie sich unterscheiden: Sie können z. B. kugelig, quaderförmig oder zylindrisch sein.

Spannend wird es, wenn Dein Auge den einzelnen Aufbau der Zelle erfasst. Damit verbunden sind wichtige Arbeitsschritte der Zelle, um die Funktionsfähigkeit des pflanzlichen Organismus zu erhalten.

pflanzliche Zelle

Von LadyofHats, Gemeinfrei, Link

Die Chloroplasten

Woher hat die Pflanze ihre grüne Farbe? Als Malermeister schwingen hier die Chloroplasten die Pinsel. Natürlich geht es hier nicht um richtige Pinsel, sondern um Organellen, die Algen und Pflanzen die klassische grüne Farbe verleihen. Übrigens kommt das Wort „Chloroplasten“ aus dem Griechischen „Chloros“, das übersetzt „grün“ bedeutet. Dort vereinigen sich bestimmte Elemente, die den grünen Farbstoff Chlorophyll herstellen. Dieser wiederum absorbiert das Sonnenlicht für die anschließende sogenannte Photosynthese. Anorganische Stoffe wie Wasser und Kohlenstoffdioxid und andere organische Substanzen nehmen an dieser Synthese (Zusammensetzung bzw. Vereinigung) teil.

Etwa 5 bis 6 Mikrometer lang sind die einzelnen Chloroplasten. Zwei halbdurchlässige Zellmembrane umschließen sie. Diese Durchlässigkeit macht die Aufnahme von z. B. Wasser möglich. Zwischen den zum Teil durchlässigen Membranen liegt ein Intermembranraum. Die nach innen gestülpte innere Membran bildet dabei die Thylakoide, wo das von außen eindringende Licht auf der aus Stapeln bestehenden Lichtbühne in Aktion tritt. Die Photosynthese beginnt. Die Stapel der Thylakoide werden auch als Grana bezeichnet.

Merke:

  • Die Hauptfunktion der Chloroplasten besteht also in dem Betreiben der Photosynthese.
  • Chloroplasten sind eigenständige, autonome Organellen. Das bedeutet, dass sie sich unabhängig vom Zellzyklus der anderen Zellen replizieren (verdoppeln).
  • Die Chloroplasten verfügen über eine eigene, ringförmige DNA

Das Endoplasmatische Retikulum (ER)

Auch Pflanzen brauchen Mineralstoffe wie Calcium. Dieser Mineralstoff wird nicht irgendwo gespeichert. Speicherzentrum ist das Endoplasmatische Retikulum (ER). Es arbeitet wie ein Medium im Schauspiel der Zellelemente, indem es Calcium aufnimmt und speichert und Signale durch das grüne Gestänge sendet.

Das Endoplasmatische Retikulum ist im Zellplasma verortet. Es besteht aus einer Verflechtung von Röhren und netzartigen Gebilden. In dem Labyrinth kommen beispielsweise Proteine vom Golgi-Apparat zur weiteren Verarbeitung an.

Das ER tritt in zwei Erscheinungsformen auf: als glattes und raues ER. Auf der rauen Oberfläche befinden sich die Ribosomen, die für Molekülverbindungen verantwortlich sind und die Protein-Translation vorantreiben.

Für den Abtransport von schädlichen Endstoffen, die beim Zellstoffwechsel entstehen können, ist das glatte ER zuständig. Bestimmte Katalysatoren machen die Schadstoffe wasserlöslich und sorgen damit für einen schnellen Abtransport.

Merke:

  • Das Endoplasmatische Retikulum speichert Calcium und Glycogen, entgiftet die Zelle und betreibt Translation.

Der Golgi-Apparat

Innerhalb einer Zelle herrscht reger Verkehr. Den Transport der verschiedenen Substanzen übernimmt dabei der Golgi-Apparat. Allerdings geht ohne die richtige Verpackung nichts. Hier kommen die Vesikel zum Einsatz, die den eigentlichen Transport von wasserlöslichen Eiweißen und anderen Stoffwechselprodukten in der Zelle erledigen. „Verpackt“ werden auch Abfallstoffe, die in den extrazellulären Raum verfrachtet werden. Dann spricht der Biologe von einer Exozytose.

Der Golgi-Apparat besteht aus mehreren Hohlräumen, die übereinander gestapelt sind. Diese Hohlräume werden auch Zisternen (einzelne Zisternen = Dictyosomen) genannt. An den Randbereichen der Dictyosomen befinden sich die Vesikel. Eine Membran umschließt die flachen und gebogenen Räume. Die gestapelte Anordnung von 5 bis 20 Schichten bilden Reaktionsräume auf kleinstem Raum. Auf diese Weise verarbeitet der Golgi-Apparat mehr Proteine in nur kurzer Zeit.

Merke:

  • Der Golgi-Apparat besteht aus Zisternen, die aus Hohlräumen bestehen
  • Die Gesamtheit der Zisternen im Golgi-Apparat werden Dictyosomen genannt
  • Angepasste Proteine werden in Vesikel „verpackt“ und an ihren Bestimmungsort transportiert

Die Mitochondrien

Über die Atmungskette produzieren die Mitochondrien Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat). Neben dieser Energiegewinnung geben sie den Raum für chemische Ab- und Aufbauprozesse frei. Beispielsweise bauen sie Fett ab. Die Energieproduzenten dienen aber auch als Speicher für Kalzium. Wenn dieser Mineralstoff benötigt, geben die Mitochondrien die aufgenommenen Ionen ab. Die Zelle bleibt so erhalten (Homöostase).

Mitochondrien dienen der Zelle als Kraftwerke. Die 1 Mikrometer langen Zellorganellen produzieren reine Energie. Auch sie sind von zwei Zellmembranen umgeben, einem Matrixraum und einem Intermembranraum. Die äußere Membran regelt den Stoffaustausch und dient gleichzeitig dem Schutz. Hier haben die sogenannten Porine ihren Sitz. Sie werden auch Transmembranproteine genannt, durch die Stoffe abgegeben und aufgenommen werden können. Die innere Membran beherbergt die Proteine und Enzyme der Atmungskette. Äußerlich macht sich die innenliegende Mitochondrienmembran durch Falten kenntlich.

Im Matrixraum dagegen liegt die Erbinformation. Hier liegt die ringförmige mtDNA (DNA der Mitochondrien).

Merke:

  • Mitochondrien sind Kraftwerke
  • Sie produzieren ATP
  • Sie verfügen über eine eigene DNA und replizieren sich unabhängig von ihrer Mutterzelle

Peroxisomen

Peroxisomen sind Vesikel, die dabei helfen, die Zelle zu entgiften. Giftige Wasserstoffperoxide reduzieren die Organellen zu Sauerstoff und Wasser. Peroxisomen können aber noch mehr. Sie verstoffwechseln Fettsäuren und Ethanol mit Hilfe von Essigsäure.

Die zwischen 0,3 und 1,0 Mikrometer großen Organellen sind von einer einfachen Membran umgeben. Je nach Zelltyp kann die Größe und die Anzahl unterschiedlich sein. In dem Reaktionsraum der Peroxisomen laufen chemische Prozesse ab, die durch die Membran vom Cytoplasma abgeschirmt werden. Das muss so sein, weil das Zellgift Wasserstoffperoxid sonst Schäden in der Mutterzelle anrichten könnte.

Die Plasmodesmen

Plasmodesmen stellen die Kontaktstellen zweier unterschiedlicher Pflanzenzellen dar, sodass ein Stoffaustausch zwischen den Zellen erfolgen kann.

Die Ribosomen

Im Rahmen der Proteinbiosynthese läuft über die Ribosomen die Translation ab. Das bedeutet: die mRNA wird abgelesen mit anschließender Synthese von Proteinen. Kurz: Sie sind Eiweißproduzenten. Der genetische Code wird also in Aminosäureketten übersetzt und damit letztlich zu Proteinen gemacht.

Der Grundbaustein eines Ribosoms ist ein spezieller Eiweißkörper und rRNA (Ribonukleinsäure des Ribosoms). Unterschiedliche Untereinheiten, die eine Vielzahl von Eiweißen binden, bilden die Bauelemente. Die größeren und kleineren Untereinheiten werden bei den Eukaryoten in den Kernkörperchen (Nucleolus) gebildet. Durch die Kernporen gelangen sie in das Cytoplasma, wo sie zu Ribosomen verschmelzen.

Merke:

  • Die Übersetzung des genetischen Codes zu Proteinen vollzieht sich an den Ribosomen
  • Der Tonoplast
  • Der Tonoplast besteht aus einer semipermeablen Membran. Sie umgibt die Vakuole (mit Flüssigkeit gefüllter Hohlraum) der Pflanzenzelle.

Die Vakuole

Die Vakuole ist mit dem Saft der Zelle gefüllt und ist mit Abstand die größte Zellorganelle in der Pflanzenwelt. Sie sorgt für den Turgordruck. Hiermit ist der Druck gemeint, der auf die Zellwände wirkt. Das ermöglicht es der Pflanze, Wasser aufzunehmen. Gleichzeitig stellt die Vakuole auch einen Speicherort für nützliche Stoffe dar. Giftstoffe dagegen werden von dem Rest der Zelle isoliert.

Die dehnbare Vakuole ist nur von einer einfachen Membran umgeben und sind mit Tonoplast ausgestattet. Der Tonoplast nimmt Wasser auf und kann es auch z. B. für die Photosynthese wieder abgeben.

Vesikel

Vesikel sind nur für den Transport zuständig. Sie schließen den Stoff ein und transportieren das gut verpackte Paket an die Membran der Zelle. Dort verschmelzen die transportierten Stoffe mit der Membran. Das Paket löst sich auf und die Stoffe werden freigegeben. Im Gegensatz zu anderen Zellorganellen sind Vesikel recht klein.

Der Zellkern

Der Zellkern (Nukleus) ist die Herberge des Erbguts. Dieses liegt in der Form von Chromosomen vor, die überwiegend aus Desoxyribonukleinsäure bestehen. Der wichtigste Prozess der DNA-Replikation und Transkription findet hier statt. Außerhalb der Zellteilung sehen die Chromosomen als fadenförmige Elemente vor. Sie werden dann Chromatin genannt. Während der Zellteilung (in den Phasen der Mitose und Meiose), sind die Chromosomen im „verpackten“ Zustand zu erkennen.

Der Zellkern wird von einer Membran umschlossen, die von Kernporen durchsetzt ist. Für die kopierten DNA-Sequenzen stellen sie den Übergang dar. Auch die Ribosomen nutzen die Kernporen, um die Membran zu passieren.

Zytoplasma

Das innere der Zelle wird als Zytoplasma zusammengefasst. Dazu gehören das Zytosol bzw. die Zellflüssigkeit und die darin schwimmenden Zellorganellen. Das Zytoplasma besteht zu etwa 95 Prozent aus Wasser und Proteinen.

Pflanzliche Zelle vs. tierische Zelle

Pflanzliche und tierische Zellen haben Gemeinsamkeiten. Es gibt aber auch Unterschiede.

Was sie gemeinsam haben:

  • Endoplasmatisches Retikulum
  • Golgi-Apparat
  • Ribosomen
  • Mitochondrien
  • Zellkern

Was der tierischen Zelle fehlt:

  • Chloroplasten
  • Vakuolen
  • Zellwand

Im Gegensatz zu pflanzlichen Zellen sind tierische Zellen auf organische Nährstoffe angewiesen, während sich die Zellen von Pflanzen mit Chloroplasten von anorganischen Stoffen ernähren. Zu den organischen Stoffen, die Tiere brauchen, zählen z. B. Fett, Eiweiß, Stärke oder Traubenzucker. Die Zellen der Pflanzenwelt ernähren sich also autotroph. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser bauen sie unter Zuhilfenahme der Chloroplasten und Sonnenlicht Traubenzucker auf.

Traubenzucker ist ein organischer Nährstoff, den Tiere und Menschen benötigen. Grüne Pflanzen bedeuten für Mensch und Tier also die Lebensgrundlage, weil sie organische Nährstoffe liefern.