Plastidenformen und ihre Entwicklung
Welche Plastidentypen es gibt, wo sie vorkommen, wie sie aus Proplastiden entstehen und was sie speichern.
Das Wichtigste in Kürze
- Plastiden sind semiautonome Organellen von Pflanzen und Algen, die sich alle aus Proplastiden entwickeln.
- Pilze, Tiere und Prokaryoten, auch Cyanobakterien, besitzen keine Plastiden.
- Etioplasten und Leukoplasten ergrünen bei Belichtung zu Chloroplasten.
- Leukoplasten sind chlorophyllfrei und photosynthetisch inaktiv, Amyloplasten speichern als Leukoplastenform Reservestärke.
- Chloroplasten speichern Stärke nur transitorisch als Assimilationsstärke, Saccharose entsteht im Cytosol.
- Chromoplasten färben Blüten und Früchte mit Carotinoiden, Gerontoplasten prägen das Herbstlaub, Anthocyane liegen in der Vakuole.
Worum es geht
Plastiden sind die semiautonomen Organellen der Pflanzenzelle und treten in mehreren Formen auf. Alle gehen auf eine gemeinsame Vorstufe zurück und können sich ineinander umwandeln. Für die Pharmazie zählt das, weil Stärke und Carotinoide aus Plastiden stammen und Stärkekörner in der mikroskopischen Drogenprüfung auftauchen.
Vorkommen von Plastiden
Plastiden besitzen Pflanzen und Algen, also nicht nur die Landpflanzen (Embryophyta). Auch Zellen ohne Photosynthese haben sie, etwa Wurzelzellen. In der Epidermis tragen meist nur die Schließzellen der Stomata Chloroplasten. Plastiden sind groß genug für das Lichtmikroskop. Ihre Doppelmembran und ihr eigenes Genom sind dort beschrieben.
Pilze, tierische Zellen und Prokaryoten haben keine Plastiden. Das gilt auch für photoautotrophe Bakterien wie Cyanobakterien. Ihre Thylakoide liegen frei im Cytoplasma und nicht in einem Organell. Autotrophie setzt also keine Chloroplasten voraus. Folglich fehlen tierischen Zellen auch Chromoplasten und Thylakoidstapel.
Entwicklung aus Proplastiden
Alle Plastidentypen entwickeln sich aus derselben Vorstufe. Gewebe und Licht entscheiden, welcher Typ entsteht.
Kleine, farblose Vorstufe mit wenigen inneren Membranen, typisch für Meristemzellen. Aus ihr gehen Chloroplasten, Leukoplasten und Chromoplasten hervor.
Die Typen bleiben wandelbar, und Licht ist der wichtigste Schalter:
- Etioplasten entstehen in im Dunkeln gewachsenen Keimlingen. Sie enthalten statt Chlorophyll dessen Vorstufe Protochlorophyllid und werden bei Belichtung zu Chloroplasten.
- Leukoplasten und Amyloplasten ergrünen unter Licht ebenfalls zu Chloroplasten. Daher werden Kartoffelknollen am Licht grün.
- Chloroplasten werden beim Reifen zu Chromoplasten, etwa in der Tomate, und beim Altern zu Gerontoplasten.
Leukoplasten und Stärke
Leukoplasten sind farblose Plastiden. Sie enthalten kein Chlorophyll und sind photosynthetisch inaktiv. Man findet sie in Wurzeln, unterirdischen Speicherorganen wie Knollen und in der Epidermis. Sie synthetisieren Polysaccharide, vor allem Stärke. Leukoplasten, die Reservestärke speichern, heißen Amyloplasten.
Leukoplasten sind chlorophyllfrei, betreiben keine Photosynthese und sitzen in Wurzeln, Speicherorganen und Epidermis. Wird im Examen gerne gefragt: Amyloplasten sind eine Leukoplastenform und der Speicherort der Reservestärke Höherer Pflanzen.
Wie alle Plastiden tragen sie keine Cytochrom-Oxidase, denn die Atmungskette gehört in die Mitochondrien. Mitochondrien wiederum bilden keine Polysaccharide. Stärke entsteht bei Höheren Pflanzen also immer in Plastiden. Dort werden auch Glucose, Glucose-6-phosphat und Fructose-6-phosphat gebildet.
Entsteht tagsüber im Chloroplasten aus Photosyntheseprodukten. Sie wird nur transitorisch gespeichert und nachts wieder abgebaut.
Wird in Amyloplasten von Speicherorganen langfristig eingelagert, etwa in Knollen und Samen.
Zum Transport wird Zucker als Saccharose exportiert. Sie entsteht im Cytosol und wird im Chloroplasten nicht gespeichert. Cellulose bilden Plastiden ebenfalls nicht. Sie entsteht an der Plasmamembran, Plastiden sind an der Primärwand nicht direkt beteiligt.
Stärkekörner sind einfach oder zusammengesetzt und häufig geschichtet. Oft zeigen sie einen Trockenriss, einen Spalt, der beim Austrocknen im Zentrum aufreißt. Die Chemie der Stärke steht bei den Speicherglykanen.
Chromo- und Gerontoplasten
Chromoplasten sind die Farbstoffträger in Blüten und Früchten. Sie enthalten lipophile Carotinoide, nämlich Carotine und sauerstoffhaltige Xanthophylle. Daher kommen Gelb, Orange und Rot. Carotin ist ein Tetraterpen ohne phenolische OH-Gruppen.
Carotinoide stecken auch in Chloroplasten, werden dort aber vom Chlorophyll überdeckt. Altert ein Blatt, entsteht der Gerontoplast. Das Chlorophyll wird abgebaut, die Carotinoide bleiben. So entsteht das Gelb im Herbstlaub.
Rote und blaue Anthocyane sind wasserlöslich und liegen in der Vakuole. Sie kommen weder in Chloroplasten noch in Chromoplasten vor.
Das Phellem, der Kork des sekundären Abschlussgewebes, besteht aus toten Zellen und enthält keine Chromoplasten.
Quiz
Aussage 1
Amyloplasten sind Leukoplasten, die in Speicherorganen Reservestärke einlagern.
Amyloplasten sind die stärkespeichernde Form der chlorophyllfreien Leukoplasten.
Aussage 2
Chloroplasten speichern tagsüber Saccharose als langfristige Reserve.
Chloroplasten speichern Zucker nur transitorisch als Assimilationsstärke. Saccharose entsteht im Cytosol und dient dem Export.
Aussage 3
Cyanobakterien betreiben Photosynthese in Chloroplasten.
Prokaryoten besitzen keine Plastiden. Die Thylakoide der Cyanobakterien liegen frei im Cytoplasma.
Aussage 4
Die gelbe Farbe des Herbstlaubs geht auf Carotinoide in Gerontoplasten zurück.
Beim Altern wird Chlorophyll abgebaut, die Carotinoide bleiben im Gerontoplasten sichtbar.
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