Speicherstoffe und Kristalle in Vakuolen
Welche Primärmetabolite, Sekundärstoffe, Glykoside, Gerbstoffe und Kristalle Pflanzen in ihren Vakuolen ablagern und warum sie dort liegen.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Vakuole ist der Speicherraum der Pflanzenzelle für Primärmetabolite, Sekundärstoffe, Glykoside, Gerbstoffe und Kristalle.
- Im Zellsaft liegen Zucker wie Saccharose und Inulin sowie Carbonsäuren wie Malat.
- Alkaloide werden im sauren Zellsaft protoniert und als Salz festgehalten.
- Hydrophile Glykoside wie Glucosinolate, cyanogene Glykoside und Herzglykoside werden in der Vakuole gespeichert.
- Gerbstoffe liegen in der Vakuole, nicht im Cytosol, und enthalten das Catechol-Element (1,2-Dihydroxybenzol).
- Vakuolenkristalle bestehen aus Calciumoxalat, etwa als Raphiden oder Kristallsand.
Worum es geht
Die Vakuole ist der große Speicher der Pflanzenzelle. Viele Arzneistoffe aus Drogen, vom Herzglykosid bis zum Alkaloid, liegen genau dort. Wer weiß, was die Vakuole enthält, versteht Drogenwirkung und Mikroskopie besser.
Primärmetabolite
Der wässrige Zellsaft der Zentralvakuole nimmt vor allem gut wasserlösliche Stoffe auf. Dazu gehören Produkte des Primärstoffwechsels. Zuckerrüben speichern dort Saccharose, Korbblütler wie Zichorie das Fructan Inulin.
Auch Carbonsäuren sammeln sich im Zellsaft, allen voran Äpfelsäure bzw. ihr Anion Malat. Sie machen den Zellsaft sauer. Diese Säure braucht der nächste Abschnitt.
Sekundärstoffe und Glykoside
Pflanzliche Sekundärstoffe werden häufig in der Vakuole gespeichert. Dort sind sie vom Stoffwechsel im Cytoplasma getrennt und schaden der eigenen Zelle nicht. Gelöst liegen etwa Flavonoide und die Blütenfarbstoffe Anthocyane vor. Die Vakuole kann aber auch wasserunlösliche Sekundärstoffe anreichern.
Alkaloide gelangen als neutrale Basen durch den Tonoplasten. Im sauren Zellsaft bei etwa pH 5 werden sie protoniert. Das Kation kann die Membran nicht mehr passieren und bleibt als Salz gefangen, wie eine Reuse, die nur einen Eingang hat.
Glykoside sind durch ihren Zuckerteil hydrophil und passen deshalb gut in den Zellsaft.
| Glykosidklasse | Beispiel |
|---|---|
| Flavonoidglykoside | Rutosid |
| Glucosinolate (Senfölglykoside) | Sinigrin im Senf |
| cyanogene Glykoside | Amygdalin in Bittermandeln |
| herzwirksame Steroidglykoside | Digitoxin im Fingerhut |
Manche Stoffe lagert die Pflanze nur in einzelnen Spezialzellen ein. Das ätherische Öl der Ingwergewächse etwa liegt in den Vakuolen von Ölzellen.
Ein Idioblast ist eine Einzelzelle, die sich in Form oder Inhalt deutlich von den umgebenden Zellen unterscheidet. Beispiele sind Ölzellen und Kristallzellen.
Gerbstoffe
Phenolische Gerbstoffe (Tannine) liegen in der Vakuole und in der Regel nicht im Cytoplasma. Der Grund: Sie fällen Proteine. Im Cytosol würden sie die eigenen Enzyme ausfällen.
Typisch für Gerbstoffe ist das Catechol-Element, also 1,2-Dihydroxybenzol. Man findet es im B-Ring des Catechins und in der Galloylgruppe der Gallussäure.
So erkennst du es in einer Strukturformel: Suche einen Benzolring mit zwei OH-Gruppen an direkt benachbarten Ringatomen (ortho-Stellung). Stehen sie in 1,3-Stellung, liegt Resorcin vor, in 1,4-Stellung Hydrochinon. Eine Struktur mit mehreren Catechol- oder Galloyleinheiten ordnest du den Gerbstoffen zu.
Kristalle
In der Vakuole können auch Salze auskristallisieren. Am häufigsten ist Calciumoxalat. Es entsteht, wenn Calciumionen und Oxalat im Zellsaft zusammentreffen:
\[\ce{Ca^2+ + C2O4^2- -> CaC2O4 v}\]
Die Kristalle haben je nach Pflanze typische Formen. Feine, staubartige Kristalle heißen Kristallsand, wie man ihn bei Nachtschattengewächsen findet. Bündel aus Nadeln heißen Raphiden. Oft liegen solche Kristalle in Idioblasten. Ihre Bedeutung für die Drogenanalyse wird dort behandelt.
Raphiden sind nadelförmige Calciumoxalatkristalle, die gebündelt in der Vakuole einer Zelle liegen.
Vakuolenkristalle wie Raphiden und Kristallsand bestehen aus dem Salz Calciumoxalat. Sterole wie Cholesterol sind lipophil und kommen als Bestandteil dieser Kristalle nicht in Frage.
Quiz
Aussage 1
Alkaloide werden im sauren Zellsaft protoniert und können die Vakuole dann kaum noch verlassen.
Das neutrale Alkaloid passiert den Tonoplasten, das protonierte Kation bleibt als Salz gefangen.
Aussage 2
Raphiden sind gebündelte, nadelförmige Kristalle aus Calciumoxalat.
Raphiden sind Nadelbündel aus Calciumoxalat in der Vakuole.
Aussage 3
Gerbstoffe werden in Pflanzenzellen bevorzugt im Cytosol abgelagert.
Gerbstoffe fällen Proteine und liegen deshalb in der Vakuole, nicht im Cytosol.
Aussage 4
Kristallsand in pflanzlichen Vakuolen besteht überwiegend aus Cholesterol.
Kristallsand besteht aus Calciumoxalat. Sterole wie Cholesterol bilden keine Vakuolenkristalle.
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