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Die Pflanzenzelle und ihre Organellen

Lichtmikroskop - Elektronenmikroskop - Prokaryotenzelle - Tierzelle - Pflanzenzelle - Vergleich

Struktur und Funktion

Eine Pflanzenzelle, stark vereinfacht

Eine Pflanzenzelle im lichtmikroskopischen Bild
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Dieses Bild zeigte stark vergrößert eine typische Pflanzenzelle im lichtmikroskopischen Bild. Die Ribosomen sind extrem vergrößert dargestellt, man sieht sie im Lichtmikroskop nicht.

In der Pflanzenzelle kommen all die Organellen vor, die auch in der Tierzelle vorkommen, also Zellmembran, Zellplasma, Zellkern mit Kernhülle und Kernporen, Mitochondrien, Endoplasmatisches Reticulum und so fort. Typisch für Pflanzenzellen sind dagegen die Zellwand, die Chloroplasten und die Vakuolen.

Organell Vertiefungsseite
Zellmembran Biomembranen
Zellplasma Cytosol
Cytoskelett Cytoskelett
Zellkern Zellkern, Kernhülle, Kernporen
Ribosomen  
Mitochondrien Mitochondrien, Atmung, Dissimilation
Endoplasmatisches Reticulum Endoplasmatisches Reticulum
Golgi-Apparat Golgi-Apparat
Lysosomen Lysosomen
Microbodies Microbodies
Chloroplasten Chloroplasten
Zentralvakuole Zentralvakuole
Zellwand Zellwand
Geißeln, Cilien Geißeln
Zellmembran

Die Zellmembran ist die eigentliche Stoffbarriere der Zelle. Innerhalb der Zellmembran befindet sich das Zellplasma, die eigentliche "Lebensgrundlage" der Zelle. Ein mechanisches Hindernis ist die Zellmembran nicht, und eine Zellwand (die dann so ein Hindernis wäre) ist bei Tierzellen nicht vorhanden. Daher sind Tierzellen recht empfindlich gegen mechanische Einwirkungen.

Genau wie bei der Prokaryotenzelle und der Pflanzenzelle reguliert auch bei der Tierzelle die Zellmembran, welche Stoffe in die Zelle eindringen dürfen und welche Stoffe aus der Zelle heraus dürfen. Außerdem enthält die Zellmembran viele Proteine und Glycoproteine, die wichtige Aufgaben übernehmen, beispielsweise zur Erkennung chemischer Signale.

Sichtbarkeit. Im Lichtmikroskop ist die Zellmembran normalerweise nicht zu sehen; man kann sie sich aber "denken", denn dort, wo die äußere Grenze einer Tierzelle ist, befindet sich auch die Zellmembran.

Biomembranen

Weitere Einzelheiten zum Thema "Zellmembran" finden Sie im Abschnitt 4 der Cytologie, "Biomembranen".

Zellplasma

Das Cytoplasma oder Zellplasma einer eukaryotischen Zelle besteht aus dem Cytosol, dem flüssigen Grundstoff des Cytoplasmas (Grundplasma), mit den darin enthaltenen Organellen und dem Zellkern.

Das Cytosol selbst besteht zu 70% aus Wasser. Darin gelöst sind zahlreiche Moleküle und Ionen. Vor allem Proteine sind im Cytosol enthalten, sie machen 20 bis 30% des Cytosols aus.

Cytosol

Auf dieser Seite finden Sie alles über das Cytosol.

Sichtbarkeit. Das Zellplasma ist im Lichtmikroskop gut zu erkennen, weil es sich ständig bewegt.

Cytoskelett

Das Cytoskelett einer eukaryotischen Zelle ist ein Netzwerk aus Proteinfäden, das der Zelle Form und Halt gibt und auch gleichzeitig Zell- und Plasmabewegungen ermöglicht.

Die Aufgaben des Cytoskeletts sind unter anderem:

  • Der Zelle Halt und Form geben.
  • Zellorganelle an bestimmten Positionen innerhalb der Zelle fixieren aber auch
  • die Bewegung von Organellen ermöglichen.
  • Cytoplasmaströmung ermöglichen,
  • Anheftung der Zelle an externe Strukturen,
  • Formveränderung der Zelle und schließlich,
  • Zellteilung (Mitose),
  • Fortbewegung der Zelle.

Das Cytoskelett besteht aus drei Hauptkomponenten:

  1. Actin-Filamenten
  2. Intermediär-Filamenten
  3. Mikrotubuli

Cytoskelett

Einzelheiten zum Cytoskelett finden Sie auf dieser Lexikon-Seite.

Zellkern mit Kernmembran

In dem Zellkern, der durch eine doppelte Membran vom Zellplasma abgegrenzt wird, findet sich die Erbsubstanz der Tierzelle. Während sich bei Bakterien nur ein einziges DNA-Molekül im Zellplasma findet, ist die Erbinformation einer Tierzelle auf mehrere Chromosomen verteilt. Jedes Chromosom besteht aus einem langen DNA-Faden, der sich in komplizierter Weise um bestimmte Proteine wickelt. Normalerweise sieht man die einzelnen Chromosomen im Zellkern nicht, sondern nur ein "Gewimmel" von Fäden, das sogenannte Chromatin.

Der Zellkern ist von der Kernmembran umgeben, einer doppelten Biomembran. Allerdings hat diese Membran komplex aufgebaute Kernporen, durch die Stoffe und Informationen in den Zellkern und aus dem Zellkern heraus gelangen können, beispielsweise die mRNA.

Sichtbarkeit. Während man den Zellkern einer Zelle im Lichtmikroskop selbst ohne Anfärben gut erkennen kann, ist die Kernmembran mit den Kernporen selbst im besten Lichtmikroskop nicht mehr zu sehen, sie ist einfach zu klein.

Zellkern

Kernhülle

Kernporen

Die Seiten im Biologie-Lexikon sind sehr ausführlich und gehen auf molekulare Einzelheiten ein.

Ribosomen

Das sind die Proteinfabriken der Tierzelle. Sie verarbeiten die Informationen der DNA und stellen mit Hilfe dieser Informationen Proteine her (siehe Proteinsynthese im Genetik-Bereich).

Sichtbarkeit. Ribosomen sind im LM nicht zu sehen, dafür sind sie viel zu klein.

Mitochondrien

Man nennt die Mitochondrien auch "Kraftwerke" der Zelle, weil hier die aus dem Abbau der Glucose gewonnenen Zwischenprodukt in ATP umgewandelt werden. ATP ist die "Energiewährung" der Zelle und wird immer dann verbraucht, wenn die Zelle Energie benötigt, um zum Beispiel andere Stoffe umzuwandeln, irgendwelche Fäden zusammenzuziehen, Stoffe zu transportieren und so weiter.

Sichtbarkeit. Mitochondrien sind im LM zwar zu sehen, allerdings kann man die innere Struktur nur im EM erkennen.

Mitochondrien

Einzelheiten zum Thema "Mitochondrien" finden Sie auf der Seite im Biologie-Lexikon.

Atmung, Dissimilation

Hier finden Sie Details zu der Funktion der Mitochondrien.

Endoplasmatisches Reticulum (ER)

Das ER ist direkt mit der Kernhülle verbunden, man könnte es als stark verzweigte und vernetzte "Ausstülpung" der Kernhülle ins Cytoplasma betrachten. Man unterscheidet zwischen glattem und rauem ER. Das raue ER ist von außen mit Ribosomen besetzt, und die an den Ribosomen hergestellten Peptide und Proteine gelangen direkt in das Innere des ER, wo sich chemisch weiter verarbeitet werden, beispielsweise werden Zuckerreste an bestimmte Aminosäuren der Proteine angeheftet, auch die Faltung der Proteine zur Tertiärstruktur wird teilweise im ER vorgenommen.

Das ER ist eine wichtige Station des intrazellulären Membranflusses. Ständig werden an den Zisternen des endoplasmatischen Reticulums membranumhüllte und mit Proteinen, Lipiden und anderen Stoffen gefüllte Vesikel abgeschnürt, die in Richtung der Golgi-Zisternen wandern und dort mit diesen Zisternen verschmelzen.

Sichtbarkeit. Das ER ist im Lichtmikroskop nicht zu erkennen, und im EM sieht man immer nur Ausschnitte des Röhren- und Zisternensystems. Erst wenn man am Computer viele Hundert Querschnitte durch die Zelle zu einem dreidimensionalen Modell vereinigt, sie man die wahren Ausmaße des endoplasmatischen Reticulums.

Endoplasmatisches Reticulum

Die Seite im Biologie-Lexikon ist recht ausführlich und geht auf molekulare Einzelheiten ein.

Golgi-Apparat

Der Golgi-Apparat ist die nächste Station des intrazellulären Membranflusses. Als Golgi-Apparat bezeichnet man die Gesamtheit aller Dictyosomen einer Zelle. Ein solches Dictyosom wiederum besteht aus drei, vier oder mehr Golgi-Zisternen.

Vom ER treffen ständig neue Vesikel an den Dictyosomen ein und verschmelzen mit diesen, andererseits schnüren die Zisternen der Dictyosomen ständig Vesikel ab, die dann beispielsweise zu Lysosomen werden.

In den Zisternen des Golgi-Apparates werden die Proteine und Lipide, die von den ER-Vesikeln angeliefert werden, chemisch modifiziert. Es werden vor allem Monosaccharide und kleinere Oligosaccharide an die Proteine bzw. Lipide angeheftet.

Sichtbarkeit. Im Lichtmikroskop sind die Zisternen des Golgi-Apparates nicht zu sehen, im EM nur ein Ausschnitten. Auch hier muss man erst ein dreidimensionales Bild aus vielen Querschnitten konstruieren, um die wahre Gestalt der Dictyosomen zu erkennen.

Golgi-Apparat

Wenn Sie Einzelheiten zum Golgi-Apparat mit seinen Dictyosomen wissen wollen, ist diese Lexikon-Seite genau richtig für Sie.

Lysosomen

Kommen wir zur nächsten Station des zellinternen Membranflusses. Von den Dictyosomen des GOLGI-Apparates schnüren sich ständig kleine membranumgebene Bläschen ab, die mit Verdauungsenzymen gefüllt sind. Diese winzigen Organelle werden als Lysosomen bezeichnet.

Lysosomen verschmelzen mit Nahrungsvakuolen, die durch Phagocytose entstehen (auch als Phagosomen bezeichnet). Unter Phagocytose versteht man das "Einverleiben" von Nahrung durch Einstülpung der Zellmembran und anschließende Abschnürung einer Nahrungsvakuole, welche diese Nahrung enthält. Die in den Lysosomen enthaltenen Verdauungsenzyme zerlegen dann die Nahrung des Phagosoms in Aminosäuren, Fettsäuren, Monosaccharide und Glycerin.

Sichtbarkeit. Im Lichtmikroskop sind die winzigen Lysosomen nicht zu erkennen, im EM dagegen kann man sie recht gut sehen, obwohl sie - auch für EM-Verhältnisse - winzig klein sind.

Lysosomen

Hier finden Sie weitere Einzelheiten zum Thema "Lysosomen". Auch auf Autophagie und Apoptose, den programmierten Zelltod, wird hier eingegangen.

Microbodies

Microbodies sind kleine membranumhüllte Vesikel, die voll mit stark oxidierenden Enzymen sind. Hier laufen chemische Abbaureaktionen ab, die für die Zelle selbst zu gefährlich sind, daher sind diese Reaktionen in diesen kleinen Kompartimenten isoliert.

Lysosomen verschmelzen mit Nahrungsvakuolen, die durch Phagocytose entstehen (auch als Phagosomen bezeichnet). Unter Phagocytose versteht man das "Einverleiben" von Nahrung durch Einstülpung der Zellmembran und anschließende Abschnürung einer Nahrungsvakuole, welche diese Nahrung enthält. Die in den Lysosomen enthaltenen Verdauungsenzyme zerlegen dann die Nahrung des Phagosoms in Aminosäuren, Fettsäuren, Monosaccharide und Glycerin.

Sichtbarkeit. Im Lichtmikroskop sind die winzigen Microbodies nicht zu erkennen, im EM dagegen kann man sie recht gut sehen.

Microbodies

Hier finden Sie weitere Einzelheiten zum Thema "Microbodies".

Zellwand

Die Zellwand gibt der Zelle Form und mechanischen Schutz. Eine Stoffbarriere ist die Zellwand dagegen nicht, sie stellt kein Hindernis für Wasser oder im Wasser gelöste Stoffe dar. Die Zellwand der Pflanzen besteht hauptsächlich aus Cellulose, Pektinen und Hemicellulosen, aber auch aus einigen Proteinen.

Zellwand

Auf dieser Lexikonseite finden Sie viele Informationen zur Zellwand. Auf einer weiterführenden Seite wird dann die Bildung der Zellwand während des Wachstums einer Pflanzenzelle ausführlich besprochen.

Chloroplasten

Die Chloroplasten sind quasi die "Sonnenkollektoren" der Zelle. Sie fangen das Sonnenlicht ein, und mit seiner Hilfe verwandeln sie Kohlendioxid und Wasser in Glucose, die dann entweder in Form von Stärke gespeichert oder in den Mitochondrien zu ATP umgesetzt wird.

Chloroplasten

Einzelheiten zum Thema "Chloroplasten" finden Sie auf der Lexikon-Seite auf dieser Homepage.

Photosynthese

Einzelheiten zum Thema "Photosynthese" finden Sie auf den Stoffwechsel-Seiten dieser Homepage.

Zentralvakuole

Die Zentralvakuole ist ein großer flüssigkeitsgefüllter Raum im Innern der Zelle, vom Zellplasma durch eine Membran (Tonoplast) abgegrenzt. Der Inhalt der Vakuole ist wesentlich dünnflüssiger als das Zellplasma und spielt eine wichtige Rolle bei der Formgebung der Zelle (sie drückt das Zellplasma gegen die Zellwand) und beim Speichern von bestimmten Stoffen. Manche Pflanzenzellen haben statt einer großen Zentralvakuole auch mehrere bis viele kleine Vakuolen. Junge Pflanzenzellen haben so gut wie keine Vakuolen, die dann auch noch sehr klein sind. Wenn die Pflanzenzelle wächst, ist dies hauptsächlich auf eine Volumenzunahme der Vakuolen zurückzuführen.

Die Vakuole bildet sich aus Vesikeln des Golgi-Apparates oder des ER, somit ist auch die Vakuole in den Membranfluss der Zelle eingebunden.

Zentralvakuole

Auf der Lexikonseite finden Sie weitere Einzelheiten zur Zentralvakuole der Pflanzenzelle