Allgemeiner Bauplan der Plastiden
Unabhängig vom konkreten Typ besitzen alle Plastiden einen gemeinsamen Grundbauplan, der ihre funktionelle Aktivität sicherstellt. Es handelt sich um komplexe Membranorganellen, deren Innenraum klar strukturiert ist.
Das Hüllsystem der Plastide wird durch zwei Membranen gebildet:
- Äußere Membran — vollkommen glatt, grenzt das Organell von der Hyaloplasma der Zelle ab.
- Innere Membran — beteiligt sich an der Ausbildung der komplexen inneren Architektur.
Im Inneren der Plastide befindet sich eine flüssige Matrix — das Stroma. Dies ist der Innenraum des Organells, in dem wichtige biochemische Prozesse (insbesondere die Dunkelreaktion der Photosynthese) ablaufen. Im Stroma befinden sich der genetische und der proteinbiosynthetische Apparat des Organells:
- Ringförmige DNA (cpDNA), die die genetische Information der Plastide selbst trägt.
- Ribosomen vom Typ 70S, die die Synthese spezifischer Proteine gewährleisten.
Von besonderer Bedeutung ist das System der inneren Membranen. Im Stroma befinden sich Thylakoide — spezialisierte Membranstrukturen. Zur Optimierung der Arbeitsprozesse lagern sich die Thylakoide zu dichten Stapeln zusammen, die als Grana bezeichnet werden. Damit die Grana als ein einheitliches, koordiniertes System funktionieren können, sind sie durch spezielle abgeflachte Kanäle — die Lamellen — miteinander verbunden.
Chloroplasten und ihre Semiautonomie
Chloroplasten sind Plastiden, deren Hauptaufgabe in der Durchführung der Photosynthese und der intensiven Grünfärbung von Blättern, jungen Stängeln und Früchten besteht.
Die grüne Farbe wird durch das Pigment Chlorophyll verursacht, das direkt in die Thylakoidmembranen eingebettet ist. Genau hier, an den Thylakoidmembranen, findet die Lichtreaktion der Photosynthese statt. Das innere Medium des Chloroplasten (das Stroma) enthält nicht nur ringförmige DNA, RNA und Ribosomen (70S), sondern auch die Enzyme des Calvin-Zyklus sowie Stärkekörner. Im Stroma ist die Dunkelreaktion der Photosynthese lokalisiert.
Ein wichtiges Merkmal der Chloroplasten ist, dass sie semiautonome Zellstrukturen darstellen. Das bedeutet, dass sie einen gewissen Grad an Unabhängigkeit vom Zellkern besitzen. Chloroplasten sind in der Lage, sich durch Zweiteilung selbstständig zu vermehren. Diesem Prozess geht eine obligatorische Replikation ihrer eigenen ringförmigen DNA voraus.
Chromoplasten und Leukoplasten
Neben den grünen Chloroplasten gibt es in Pflanzenzellen noch andere Plastidentypen, die andere, aber ebenso wichtige Funktionen erfüllen.
Chromoplasten
Diese Organellen sind für die Färbung von Blüten, Früchten und Herbstblättern verantwortlich. Ihre charakteristischen Merkmale:
- Enthalten Carotinoide als Pigmente, die dem Pflanzengewebe eine gelbe, rote und orange Farbe verleihen.
- Sind in der Lage, Schwermetallsalze (z. B. Kupfer, Kobalt u. a.) anzureichern, was eine enorme Vielfalt an Farbtönen in der Natur ermöglicht.
- Von ihrem Ursprung her können sich Chromoplasten aus Chloroplasten entwickeln, sobald letztere das grüne Pigment Chlorophyll verlieren (was wir beispielsweise bei der Fruchtreife oder dem Vergilben der Blätter beobachten).
Leukoplasten
Dieser Plastidentyp ist auf die Speicherung von Substanzen spezialisiert. Ihre Erkennungsmerkmale:
- Sie sind völlig farblos, da Pigmente in ihnen entweder gänzlich fehlen oder in einer inaktiven Form vorliegen.
- Die Hauptfunktion ist die Speicherung von Nährstoffen wie Stärke, Proteinen und Lipiden.
- Man unterscheidet eine spezielle Untergruppe der Leukoplasten — die Amyloplasten. Dies sind spezialisierte Organellen, die gezielt Stärke synthetisieren und speichern.
Die Plastidentypen lassen sich anhand ihrer Wortwurzeln leicht merken: Chloroplasten — CHLOROphyll (grünes Blatt). Chromoplasten — CHROM (Farbe, leuchtende Blütenfarben). Leukoplasten — LEUKO (farblos, wie ein sauberes Lager für Stärkeressourcen).
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Warum werden Plastiden als semiautonome Organellen bezeichnet?
Sie enthalten eigene ringförmige DNA, RNA und Ribosomen vom Typ 70S und können sich nach vorheriger DNA-Replikation durch Zweiteilung selbstständig vermehren.
Wo genau finden die verschiedenen Phasen der Photosynthese im Chloroplasten statt?
Die Lichtreaktion der Photosynthese läuft an den Thylakoidmembranen ab, wo sich das Chlorophyll befindet. Die Dunkelreaktion findet im inneren Medium der Plastide, dem Stroma, statt, wo die Enzyme des Calvin-Zyklus vorhanden sind.
Wie sind die Grana in Chloroplasten miteinander verbunden?
Grana, die Stapel von Thylakoiden darstellen, sind durch spezielle abgeflachte Kanäle, die Lamellen genannt werden, miteinander verbunden.
Woher kommen Chromoplasten in reifenden Früchten?
Chromoplasten können sich aus Chloroplasten bilden. Während des Reifeprozesses verlieren die Chloroplasten das grüne Pigment Chlorophyll, und Carotinoide beginnen zu überwiegen.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Mechanismen der Lichtreaktion an den Thylakoidmembranen
- Enzymatische Reaktionen des Calvin-Zyklus im Chloroplastenstroma
- Der Prozess der ringförmigen DNA-Replikation vor der Organellteilung
- Biosynthese und Speicherung von Stärke in Amyloplasten
- Einfluss von Schwermetallsalzen (Kupfer, Kobalt) auf die Färbung von Chromoplasten
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