Biologie der Pflanzenzellen

Ökologische Pflanzenanatomie im WS 2024-25, Teil 1: Anatomie der Pflanzenzelle

• Organellen: Chromoplasten, Chloroplasten, Proplastide, Etioplasten, Leukoplasten sind verschiedene Plastiden.

Gliederung und Selbststudium

• Pflanzenzelle unter dem Lichtmikroskop: Cytoplasma, Plasmolyse, Zellwand, Biomembranen, Zellkern und Plastiden werden unter dem Lichtmikroskop beobachtet.
• Endosymbiontentheorie: Semiautonome Organellen wie Mitochondrien sind durch Endosymbiose entstanden.
• Energiegewinnung: Mitochondrien sind zuständig für die Energiegewinnung.
• Proteinbiosynthese: Ribosomen, Endoplasmatisches Retikulum und Dictyosomen sind an der Proteinbiosynthese beteiligt.
• Übungsaufgaben: Zur Vertiefung des Lernstoffs sind Aufgaben wie die Anatomie der Pflanzenzelle im Fokus. Man kann die Übungsaufgaben in Strasburger (Kap. 1.2), Wanner (Kap. 4-9), Braune/Leman/Taubert ("Der Bau der Zelle"), Weiler & Nover (Kap. 2) und Nabors (Kap. 2) nachschlagen.
• Gliederung: Übersichtliche Gliederung der Pflanzenzelle (Zeichentechnik, Übersicht Pflanzenzelle, Zellkern, Vakuole, Biomembranen, semiautonome Organellen, weitere Organellen.)

Gliederung der Pflanzenzelle

• Zeichentechnik: Eine wichtige Methode ist die Darstellung von Pflanzenzellen.
• Übersicht Pflanzenzelle (2): Zellwand, Cytoplasma, Plasmaströmung, Vakuole, Zellturgor, Speichervakuolen, Kristalle, Plasmolyse sind wichtige Strukturen der Pflanzenzelle.
• Biomembranen (2.4): Biomembranen sind wichtige Barrieren, die Strukturen trennen.
• Zellkern (2.5): Zellkern (Nucleus) ist für die Erbinformationen und Ribosomenherstellung wichtig.
• Semiautonome Organellen (2.6): Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten haben eine eigene DNA und sind durch Endosymbiose entstanden.
• Weitere Organellen (2.7): Ribosomen, Endoplasmatisches Retikulum, Dictyosomen sind weitere, wichtige Organellen in den Pflanzenzellen.

Pflanzenzelle unter dem Lichtmikroskop – wie wird gezeichnet?

• Zeichnungsschritte: Zuerst wird die Mittelamelle gezeichnet, dann die Innere Zellwandgrenze, mit gleichzeitiger Plasmalemmazeichnung, zuletzt die Vakuolenmembran mit dem Tonoplasten.
• Interzellularen: Der Bereich zwischen den Zellwänden ist als Interzellularen bekannt. Hier wird die Mittellamelle nicht gezeichnet.

Pflanzenzelle unter dem Lichtmikroskop: Tüpfel

• Tüpfel: Strukturen in der Zellwand, die den Transport von Cytoplasma zwischen Zellen ermöglichen und sind durch Plasmodesmen miteinander verbunden.
• Plasmodesmen: Verbindungskanäle zwischen den Protoplasten, die den Transport ermöglichen.

Bewertung verschiedener Darstellungen der Zelle und Zellkernposition

• Bewertung verschiedener Darstellungen: Die richtige Position des Zellkerns in verschiedenen Ansichten wird beurteilt. Kriterien sind die räumliche Interpretation.

Pflanzenzelle unter dem Lichtmikroskop

• Zelle: Die kleinste, selbstständig lebensfähige Einheit im Pflanzenorganismus.
• Epidermis: Die oberste Hautschicht der Blätter wird betrachtet.
• Zellwand: Die Außenhülle der Zelle
• Cytoplasma: Der lebende Inhalt der Zelle ausserhalb des Zellkerns.
• Vakuole: Oft sehr groß und in der Mitte der Zelle.
• Zellkern: Ort der Erbinformationen

Perspektive und Räumlichkeit

• Schärfentiefe: Die Einstellung des Mikroskops ist für die räumliche Interpretation wesentlich.

Weitere wichtige Strukturen:

• Mittellamelle: Sie ist ein Klebefilm zwischen Zellen.
• Plasmalemma: Die Membrangrenze zum Cytoplasma
• Tonoplast: Die Membran um die Vakuole
• Plasmodesmen: Cytoplasmatische Verbindungen zwischen den Zellen
• Ribosomen: Orte der Proteinbiosynthese
• Golgi-Apparat (Dictyosomen): Ort der Synthese von Polysacchariden und Zellwandbestandteilen

Zellwand

• Abgrenzung: Die Zellwand trennt die Zelle ab und gibt ihr Form.
• Turgor: Die Zellwand hält dem Druck stand.
• Mittellamelle: verbindet zwei benachbarte Zellen
• Interzellularen: Bereiche zwischen den Zellwänden
• Tüpfel: Kleine Öffnungen in der Zellwand.

Zellwand Abscheidungsprodukt des Cytoplasmas

• Primärwand: dünn, gallertartig, weniger feste Zellwand.
• Sekundärwand: aus Pektinen, Cellulose, Hemicellulosen und Wandproteinen entsteht und enthält Lignin
• Tertiärwand: innerste Schicht, stärkere Zellwand, zusätzliche Modifikationen

Vakuole

• Funktionen: Lagerung von Stoffen, Wasser-Speicher
• Charakteristik sehr groß, meist zentral
• Tonoplast: Membran um die Vakuole
• Zellsaft: Flüssigkeit in der Vakuole
• Turgor: Druck durch die Vakuole auf die Zellwand

Speichervakuolen

• Funktionen: speichern Stärke, Proteine, Anthocyane, Flavone, Kristalle

Kristalle in Vakuolen

• Funktionen: Schutz vor Fressen durch Tiere
• Verschiedene Formen: (große Solitärkristalle, Kristallnadeln (Raphiden), Kristallwürfel, Kristallblöcke )

Plasmolyse

• Definition: Ablösen des Protoplasten von der Zellwand in hypertonischen Lösungen
• Deplasmolyse: Rückführung durch Übergang in hypotonische Lösung
• Osmose: Bewegung von Wassermolekülen durch die Membran

Biomembranen

• Strukturen: seleiert permeable Barrieren, z.B. Zellorganellen
• Permeabel: durchlässig für Wasser und ungeladene Moleküle
• Impermeabel: undurchlässig für geladene Moleküle
• Funktionen: regulieren den Stofftransport in und aus der Zelle.
• Spezialisierung: die Membranen können sich spezialisieren für die verschiedenen Aufgaben in der Zelle.

Zellkern

• Funktion: Schützt das Erbgut (DNA).
• Ort: Zentrum der Zelle.
• Eigenschaften: hohe Konzentration von Erbgut mit charakteristischen Kernporen, Kernkörperchen
• Kernhülle: Doppelmembran mit Kernporen

Mitochondrien

• Funktionen: Energieproduktion (ATP).
• Aufbau und Eigenschaften: Doppelmembran mit inneren Einstülpungen (Cristae); eigene DNA, Ribosomen
• Vermehrung: durch Zweiteilung.

Chloroplasten

• Funktionen: Photosynthese.
• Aufbau: Doppelmembran, mit mehreren Membranen, die Thylakoide umschliessen (Stroma); eigene DNA, Ribosomen.
• Pigmentierung: Chlorophyll, Carotinoide, Flavone.
• Enzyme: Photosynthesenzym RuBisCO ist ein wichtiger Bestandteil.

Übungsaufgabe Chloroplasten

• Gliederung: Identifier der Chloroplast Struktur (äußere/innere Hüllmembranen, Stroma, Thylakoide, Grana, Stärkekörper, Ribosomen, DNA, Plastoglobuli)

Weitere Plastiden 1, 2, 3

• Proplastiden: undifferenzierte, unpigmentierte Vorläuferform aller Plastiden
• Leukoplasten: Farblos, Speicher von Stärke, Proteinen oder Ölen.
• Etioplasten: Nicht-grüne Form von Chloroplasten, unter Lichtbedingungen entwickeln sich diese weiter zu Chloroplasten.
• Chromoplasten: Buntpigmentierte Plastiden in Blüten, Früchten und Wurzeln.
• Amyloplasten: Speicher von Stärke; in stärkereichen Pflanzenorganen; im Allgemeinen farblos.

Plastiden: Übergänge

• Proplastid ist der Ursprung aller Plastiden. Alle anderen Plastiden entwickeln sich daraus.

Ribosomen

• Zusammensetzung: zwei Untereinheiten zu 70S bzw. 80S Ribosomen
• Funktionen: Proteinbiosynthese durch Übersetzung von mRNA in Aminosäureketten

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

• Zusammensetzung: membrangebundenes Netzwerk im Cytoplasma. rER (rau) mit Ribosomen. sER (glatt) ohne Ribosomen.
• Funktionen: Proteinbiosynthese (rER) und Lipidsynthese/Verarbeitung (sER), Transport, Stoffwechselprozesse.

Dictyosomen (Golgi-Apparat)

• Funktionen: modifizieren, sortieren und verpacken Proteine und Polysaccharide für den Transport.
• Aufbau: Stapel von flachen Zisternen (Membranen).
• Vesikel: Transporteinheiten.