Cytologie

Chloroplasten

Was sind Chloroplasten und welche Aufgabe haben sie? In diesem Beitrag erklären wir dir alles zum Aufbau und der Funktion eines Chloroplasten.

Du willst den Inhalt nicht nur durch Lesen verstehen? Dann schau dir gerne unser Video zum Thema an.

Inhaltsübersicht

Chloroplasten einfach erklärt

Ein Chloroplast ist ein wichtiges Zellorganell in den Pflanzenzellen . Tierzellen und prokaryotische Zellen enthalten keine Chloroplasten. Durch das Chlorophyll in den Chloroplasten erhalten die Pflanzen ihre grünliche Farbe.

Ein Chloroplast gehört zu den sogenannten Plastiden . Ein Plastid ist eine Zellorganelle, die durch Endosymbiose aus lebenden Zellen hervorgegangen ist. Aus diesem Grund besitzen sie auch eine Doppelmembran und eine eigene DNA.

Den grundsätzlichen Aufbau eines Chloroplasten kannst du in mehrere Bereiche mit wichtigen Funktionen einteilen. Seine wichtigsten Bestandteile sind die Grundsubstanz namens Stroma und die Thylakoide.

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Chloroplast

Die Funktion eines Chloroplasten ist das Betreiben der Photosynthese . Durch sie kann die Pflanze aus Wasser (H_2 O) und Kohlenstoffdioxid (CO_2) unter Lichteinwirkung Sauerstoff (O_2) und Glucose (C_6 H_{12} O_6) herstellen.

Definition

Die Chloroplasten (eng. chloroplasts) sind Zellorganellen innerhalb von Pflanzenzellen. Ihr Name setzt sich aus dem griechischen chlōrós („grün“) und plastós („geformt“) zusammen. Ihre wichtigste Aufgabe ist das Betreiben der Photosynthese.

Chloroplasten Aufbau

Wenn du eine Pflanzenzelle durch ein Mikroskop betrachtest, fällt dir wahrscheinlich der Chloroplast als ein durchschnittlich großes Organell auf. In seinem Querschnitt ist er 4-8 \mu m groß. Innerhalb einer Pflanzenzelle können sich auch mehrere Chloroplasten befinden.

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Chloroplast Aufbau

Chloroplastenmembran

Grundsätzlich ist ein Chloroplast, wie auch schon die Mitochondrien oder der Zellkern , von einer Doppelmembran umgeben. Diese doppelte Membran kannst du durch die sogenannte Endosymbiontentheorie erklären. Nach dieser Theorie sind Eukaryoten aus einer Endosymbiose mit prokaryotischen Organismen entstanden.

Diese Organismen waren die Vorläufer der Mitochondrien und der Plastiden. Sie wurden durch Endocytose in die Mutterzelle aufgenommen. Dadurch erhielten die Mitochondrien und Plastiden eine Doppelmembran – eine Membran des Prokaryoten und eine Membran der eukaryotischen Urzelle bei der Exocytose . Da die prokaryotischen Vorläufer außerdem eine eigene DNA und Ribosomen besitzen, enthalten die Mitochondrien und Plastiden diese ebenso.

Zwischen den beiden Membranen der Chloroplasten befindet sich der Intermembranraum. Er enthält Enzyme, die ATP (Adenosintriphosphat) verarbeiten und umwandeln können. Du kannst dir ATP als den universellen Energieträger in allen lebenden Organismen vorstellen.

Die äußere Membran bietet dem Chloroplasten Schutz gegen äußere Einflüsse. Außerdem trennt sie ihn vom Cytoplasma der Zelle ab und ermöglicht, wie auch die innere Membran, die Aufnahme und Abgabe verschiedener Stoffe (z.B. Wasser).

Die innere Membran ist stark gefaltet und nach innen gestülpt. Die Einstülpungen werden auch als Thylakoide bezeichnet. Diese enthalten in ihrem Inneren (= Thylakoidlumen) das Chlorophyll für die Photosynthese.
Chlorophyll ist ein natürlicher Farbstoff, der während der Photosynthese Licht absorbieren und Energie weiterleiten kann. Durch das natürliche Grün des Chlorophylls erhalten die Pflanzen ihre typische Farbe.
Die Membran an den Thylakoiden wird Thylakoidmembran genannt. An ihr findet die Photosynthese letztlich statt. Mehrere Thylakoide bilden Stapel, die sogenannten Grana (Sg.: Granum).

Stroma

Im Chloroplast befindet sich das sogenannten Stroma. Diese flüssige Grundsubstanz ähnelt dem Cytosol der gesamten Zelle und dient als Matrix. Darin liegen einzelne Thylakoide, die sogenannten Stromathylakoide, Ribosomen, DNA und Stärkekörner. Diese können den nach der Photosynthese entstandenen Zucker, der teilweise als Stärke gespeichert wird, lagern. Von dort aus kann die Stärke weiter transportiert werden.
Weiterhin liegen im Stroma die sogenannten Plastoglobuli. Ein Plastoglobulus ist ein kleiner Fetttropfen, der als Speicher dient und unter anderem Phospholipide und Proteine enthält.

Die Aufgabe des Stroma ist neben der Einlagerung der unterschiedlichen Bestandteile der Molekültransport und der Abbau von Substanzen.

Chloroplasten DNA

Die Chloroplasten enthalten, wie auch schon die Mitochondrien (mtDNA), eine eigene DNA. Diese Chloroplasten DNA wird auch Plastiden DNA genannt und mit ctDNA oder cpDNA abgekürzt. Wie auch schon die mtDNA hat sie eine ringartige Form.

Das gesamte Chloroplastengenom wird als Plastom bezeichnet. Durch dieses eigene Erbgut können sich die Chloroplasten unabhängig vom Zellzyklus%Verweis vermehren.

Chloroplasten Funktion

Der Chloroplast ist der wichtigste Bestandteil für das Ablaufen der Photosynthese. Diese kannst du dir als eine Reaktion vorstellen, bei der aus Wasser (H_2 O) und Kohlenstoffdioxid (CO_2) durch Lichtenergie Sauerstoff (O_2) und Glucose (C_6 H_{12} O_6) entstehen.

Die Reaktionsgleichung sieht wie folgt aus:

6H_2 O + 6CO_2 + Licht \longrightarrow 6O_2 + C_6 H_{12} O_6

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Photosynthese Schema

Genauer gesagt findet die Photosynthese an der Thylakoidmembran innerhalb der Grana statt. Das Chlorophyll nutzt das Sonnenlicht als Energie, um die Reaktion zu starten. Im Chloroplast wird dann die Lichtenergie in chemische Energie für die Reaktion umgewandelt.
Aus den anorganischen Stoffen Wasser und Kohlenstoffdioxid entstehen dann Sauerstoff als Nebenprodukt und die organische Glucose als Hauptprodukt.

Reaktionstechnisch kannst du den Sauerstoff als eine Art „Abfallprodukt“ ansehen, das die Pflanze über die Blätter an ihre Umgebung abgibt. Dieser Sauerstoff ist aber extrem wichtig für alle Tiere und dient auch als Lebensgrundlage für uns Menschen.

Die Glucose ist ein sehr energiereicher Stoff. Deshalb nutzen die Pflanzen ihn selbst, um sich zu ernähren. Diese Fähigkeit zur Selbsternährung kannst du auch als Autotrophie bezeichnen. Im Gegensatz zu den autotrophen Pflanzen stehen die heterotrophen Tiere. Diese benötigen Nahrung „von außen“, um überleben zu können.

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