Pflanzliche Zellwand: Vorkommen und Schichtenbau
Welche Organismen eine Zellwand besitzen, wie die pflanzliche Wand aus Mittellamelle, Primär- und Sekundärwand aufgebaut ist und welche Stoffe nur in Zellwänden anderer Organismen vorkommen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Zellwand ist die feste Polysaccharidhülle um den Protoplasten pflanzlicher Zellen und gibt Form und Turgorfestigkeit.
- Schichtenfolge von außen nach innen: Mittellamelle (Pektine, gemeinsam), dehnbare Primärwand mit ungeordneten Fibrillen, Sekundärwand mit parallelen Fibrillen.
- Pflanzen und Pilze haben Zellwände, tierische Zellen samt Erythrozyten nicht; Eukaryoten können also zellwandlos sein.
- Pflanzenzellen sind meist 10 bis 200 µm groß; Bastfasern und Tracheiden sind Einzelzellen, Bastfasern teils über 5 cm lang.
- N-Acetylmuraminsäure, Teichonsäuren und Lipopolysaccharide gehören zu Bakterien, Chitin zu Pilzen; Braunalgen enthalten Alginat, Rotalgen Galactane.
Worum es geht
Die Zellwand ist die feste Hülle außerhalb der Plasmamembran von Pflanzen, Pilzen und Bakterien. Für die Pharmazie zählt sie doppelt: Sie liefert Hilfsstoffe wie Cellulose, Pektin oder Agar. Außerdem unterscheidet sie Organismengruppen, an deren Wand Arzneistoffe wie Penicillin gezielt angreifen.
Bau der Zellwand
Eine Pflanzenzelle besteht aus zwei Teilen: dem lebenden Protoplasten und der Zellwand, die ihn außen umschließt. Der Protoplast scheidet die Wand selbst nach außen ab.
Der Protoplast ist der gesamte lebende Inhalt einer Pflanzenzelle innerhalb der Wand, also Plasmamembran, Cytoplasma, Zellkern, Plastiden und Vakuole. Auch die isolierte, wandlose Zelle nach enzymatischem Wandabbau heißt Protoplast.
Drei Schichten
Neue Wandschichten lagert der Protoplast immer innen an. Die älteste Schicht liegt deshalb außen.
- Mittellamelle: entsteht bei der Zellteilung zuerst, gehört zwei Nachbarzellen gemeinsam und verkittet sie. Sie besteht überwiegend aus Pektinen.
- Primärwand: wird in der wachsenden Zelle gebildet. Ihre Fibrillen liegen locker und ungeordnet, deshalb bleibt sie dehnbar.
- Sekundärwand: folgt erst nach Wachstumsende. Sie ist dicker, ihre Fibrillen liegen dicht und parallel, oft in drei Lagen S1, S2 und S3 mit wechselnder Richtung.
Gerüst und Matrix
Die Wand ist gebaut wie Stahlbeton. Zugfeste Fibrillen aus Cellulose bilden die Bewehrung. Die Matrix aus Hemicellulosen und Pektinen verknüpft die Fibrillen und bettet sie ein. Später können Stoffe wie Lignin eingelagert werden.
Die Wand gibt der Zelle ihre Form und hält den Turgor aus. Wasser strömt osmotisch in die Vakuole, der Protoplast drückt gegen die Wand. Die Wand gibt kaum nach und hält so den Innendruck.
Organismen mit Zellwand
Zellwände aus Polysacchariden besitzen höhere Pflanzen und Pilze. Das Gerüst der Pflanzen ist Cellulose, das der Pilze vor allem Chitin (Pilzzellwand). Tierische Zellen haben dagegen keine Zellwand, also auch Säugetierzellen und Erythrozyten. Eukaryotische Zellen können demnach zellwandlos sein, und nicht jede Zellwand besteht aus Cellulose.
Dieser Examensklassiker verlangt eine sichere Zuordnung: Pflanzen und Pilze haben Polysaccharid-Zellwände, tierische Zellen samt Säugetierzellen und Erythrozyten nicht. Achte darauf, dass Eukaryot sein keine Wand voraussetzt und dass Pilze statt Cellulose Chitin nutzen.
Der Unterschied zeigt sich im Wasser. In hypotonischer Lösung wird die Pflanzenzelle prall, weil die Wand den Druck auffängt. Ein Erythrozyt quillt dagegen und platzt (Hämolyse). In hypertonischer Lösung löst sich der Protoplast von der Wand (Plasmolyse), während der Erythrozyt schrumpft.
Die Wand bleibt auch nach dem Tod der Zelle erhalten. Darum zeigen Holz oder Drogenpulver unter dem Mikroskop noch ihre Zellformen. Biomembranen leisten das nicht, denn sie zerfallen mit dem Protoplasten.
Ohne Wand können sich pflanzliche Protoplasten fusionieren:
- Wandabbau: Cellulasen und Pektinasen lösen die Wand, der Protoplast rundet sich ab.
- Fusion: Protoplasten zweier Pflanzen verschmelzen über ihre Membranen zu einer Hybridzelle.
- Regeneration: Die Zelle bildet eine neue Wand und teilt sich zu einem Kallus, aus dem eine Hybridpflanze wächst.
Zellgröße
Pflanzenzellen sind im Mittel 10 bis 200 µm groß. Die Spanne reicht von wenigen Mikrometern im Apikalmeristem bis zu mehreren Zentimetern, bei Bastfasern teils über 5 cm. Eine Bastfaser ist ebenso wie eine Tracheide eine einzige langgestreckte Zelle (Sklerenchym, Xylem).
Abgrenzung von anderen Zellwänden
Die pflanzliche Wand besteht aus Cellulose, Hemicellulosen und Pektinen. Viele andere Stoffe mit Wand- oder Zuckerbezug gehören zu anderen Organismen oder ins Zellinnere:
| Stoff | Wo er tatsächlich vorkommt |
|---|---|
| Chitin (aus N-Acetylglucosamin) | Zellwand der Pilze |
| Peptidoglykan (Murein) mit N-Acetylmuraminsäure | Zellwand der Bakterien |
| Teichonsäuren | Wand grampositiver Bakterien |
| Lipopolysaccharide | Außenmembran gramnegativer Bakterien |
| Stärke, Inulin | Reservestoffe im Zellinneren |
| Sterole, Cholesterol | Biomembranen |
Details zu Bakterien stehen unter Murein und Gram-Zellwandtypen.
N-Acetylmuraminsäure kennzeichnet Bakterien und fehlt deshalb auch Pilzen. N-Acetylglucosamin kommt als Chitinbaustein bei Pilzen vor, in der Wand von Gymnospermen und Angiospermen dagegen nicht.
Auch Algen haben Polysaccharidwände, aber mit eigenen Bausteinen. Braunalgen enthalten Alginat aus Mannuronsäure und Guluronsäure, N-Acetylglucosamin fehlt. Rotalgen bauen ihre Wand maßgeblich aus Galactanen wie Agar. Agar und Alginat sind also echte Zellwandstoffe, nur nicht von Samenpflanzen. Als Drogen behandelt sie die Einheit Arzneipflanzen anderer Taxa.
Quiz
Aussage 1
Die Zellwand von Pilzen enthält N-Acetylmuraminsäure als Baustein.
N-Acetylmuraminsäure ist ein Baustein des bakteriellen Mureins. Pilzzellwände enthalten stattdessen Chitin aus N-Acetylglucosamin.
Aussage 2
Galactane wie Agar sind maßgeblich am Aufbau der Zellwand von Rotalgen beteiligt.
Rotalgen bauen ihre Zellwand vor allem aus Galactanen. Braunalgen nutzen dagegen Alginat aus Mannuron- und Guluronsäure.
Aussage 3
Erythrozyten sind eukaryotische Zellen ohne Zellwand.
Tierische Zellen einschließlich Säugetierzellen und Erythrozyten besitzen keine Zellwand. Eukaryoten können also zellwandlos sein.
Aussage 4
Die Sekundärwand wird außen auf die Primärwand aufgelagert und liegt der Mittellamelle direkt an.
Neue Schichten lagert der Protoplast innen an. Die Sekundärwand liegt also innen, zwischen Primärwand und Plasmamembran.
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