In diesem Beitrag erklären wir dir, wie eine Vakuole aussieht und welche Aufgaben sie innerhalb der Pflanzenzelle erfüllt.
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Vakuole einfach erklärt
Die Vakuolen sind Zellorganellen in Pflanzenzellen
. In Prokaryoten
und Tierzellen
sind sie grundsätzlich nicht enthalten.
Jedoch existieren einige Varianten (kontraktile Vakuole, Nahrungsvakuole), die auch in Einzellern
vorkommen können.
Du kannst dir eine Vakuole als einen dehnbaren, flüssigkeitsgefüllten Hohlraum vorstellen. Sie ist von einer einfachen Biomembran
umgeben, welche bei den Vakuolen Tonoplast genannt wird.
Die Flüssigkeit im Inneren kannst du auch als Zellsaft bezeichnen. Er besteht aus Wasser und darin gelösten Nährstoffen.
Die wichtigste Funktion einer Vakuole ist das Erzeugen des sogenannten Zellinnendrucks, auch Turgor genannt. Dieser Druck sorgt dafür, dass die Pflanzenzelle stabil und „prall“ bleibt. Weitere Aufgaben der Vakuolen sind zum Beispiel die Speicherung von Proteinen, die Verdauung von Makromolekülen oder die Lagerung von Gift- und Bitterstoffen.
Die Vakuole ist ein Zellorganell, das hauptsächlich in Pflanzenzellen vorkommt. Ihr Name leitet sich aus dem lateinischen „vacuus“ (= leerer Raum oder Vakuum) ab.
Vakuole Bildung
Die Vakuolen bilden sich während des Zellwachstums. Dieses kannst du dir als die Größen- und Volumenzunahme einzelner Zellen vorstellen (= Streckungswachstum). Es findet vor allem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen statt.
Die Zelle nimmt hierbei immer mehr Wasser durch die sogenannte Osmose auf. Eine Osmose ist eine einseitige Aufnahme/Diffusion eines Stoffes durch eine semipermeable Membran.
Während des schnellen Wachstums der Zelle kann es zu Hohlräumen im Cytoplasma kommen. Diese werden durch Tonoplasten vom Plasma abgegrenzt und bilden Vakuolen. Am Ende des Wachstums können sich die einzelnen Vakuolen zu einem großen Hohlraum verbunden haben. So kann es passieren, dass das Cytoplasma nur noch eine sehr dünne Schicht zwischen Tonoplast und Zellmembran bildet. Diese stark ausgeprägten Vakuolen kannst du dann als Zentralvakuole, Zellsaftvakuole oder Zellsaftraum bezeichnen.
Vakuole Aufbau
Du kannst den Aufbau einer Vakuole mit dem eines Vesikels vergleichen. Sie umfasst aber in der Regel einen weitaus größeren Teil des Zellvolumens (ca. 80%). Deshalb kannst du sie bei der Betrachtung mit einem Mikroskop auch sehr leicht erkennen.
Der Innenraum einer Vakuole enthält den sogenannten Zellsaft. Dieser besteht vor allem aus Wasser und gelösten Stoffen. Im Gegensatz zum Cytosol enthält er nur wenige Proteine.
Die Vakuole ist, wie auch schon die Vesikel, von einer einfachen Membran (Vakuolenmembran) umgeben. Diese kannst du wie erwähnt als Tonoplast bezeichnen.
Tonoplast
Der Tonoplast besitzt eine semi-permeable (halbdurchlässige) Membran und kann dadurch nach Bedarf Wasser oder andere Stoffe aufnehmen. Außerdem kann er während der Schrumpfung der Protoplasten (= Plasmolyse ) auch Wasser abgeben. Unter einem Protoplasten kannst du das Innere einer Pflanzenzelle ohne die Zellwand verstehen.
Vakuole Funktion
Die Vakuole erfüllt innerhalb der Pflanzenzelle einige Funktionen. Ihre Hauptaufgabe ist die Erzeugung eines Zellinnendrucks, dem sogenannten Turgor oder auch Turgordruck genannt.
Turgor
Dazu müssen sich innerhalb der Zelle mehr gelöste Teilchen wie zum Beispiel Zucker oder Salze befinden, als in der Umgebung. Man spricht auch von einem höheren osmotischen Wert.
Die Vakuole füllt sich nun durch Osmose mit Zellsaft (v.a. Wasser) . Sie übt dadurch einen starken Druck auf die Zellwand aus. Du kannst dir das wie die Luft innerhalb eines Ballons vorstellen, die gegen die Ballonwand drückt.
Durch den Turgor wird die Pflanzenzelle prall und erhält eine gewisse mechanische Stabilität. Er bewirkt beispielsweise, dass die meisten Pflanzen aufrecht stehen können.
Wenn jedoch der osmotische Wert geringer ist als im umgebenden Milieu, verkleinert sich die Vakuole durch Wasserabgabe. Dadurch löst sich die Membran von der Zellwand ab und der Turgor erschlafft. Das führt letztlich dazu, dass die Pflanzen verwelken.
Weitere Aufgaben
Neben der Erzeugung des Turgordrucks haben Vakuolen noch weitere Aufgaben. Sie können zum Beispiel Stoffe wie Proteine oder organische Verbindungen speichern. Außerdem kann die Vakuole Farbstoffe einlagern, um spezielle Pflanzenteile zu färben. Dadurch kannst du beispielsweise die Blüten von Kornblumen und Löwenmäulchen unterscheiden.
Außerdem sind sie in der Lage, giftige Stoffe oder Bitterstoffe vom Rest der Zelle abzugrenzen. Durch diese Abgrenzung der Stoffe kann sich die Zelle vor Fressfeinden und vor Pilzbefall schützen, ohne sich selbst zu schaden.
Eine weitere Aufgabe ist die Verdauung von Makromolekülen und eigenen Abfallprodukten. Ähnlich wie die Lysosomen
, die vor allem in der Tierzelle und seltener in Pflanzenzellen vorkommen, kann die Vakuole verschiedenste Stoffe aufnehmen und diese intrazellulär verdauen.
Vakuolenarten
Neben der klassischen Vakuole innerhalb der Pflanzenzelle existieren auch noch weitere Arten.
Kontraktile Vakuole
Die sogenannte kontraktile Vakuole findest du vor allem bei Einzellern wie den Pantoffeltierchen oder Euglena . Diese Vakuolenart hat die Form eines kleinen Bläschens und kann sich rhythmisch verkleinern und vergrößern. Dadurch sind sie in der Lage, Wasser aus dem Cytoplasma aufzunehmen und nach außen abzugeben.
Dieser Vorgang ist überlebensnotwendig für die Einzeller. Da die osmotische Konzentration innerhalb der Einzeller größer ist als außen, entsteht ein Wasserstrom in die Zelle. Dieser Strom würde so groß werden, dass der Einzeller platzen könnte. Die kontraktilen Vakuolen wirken dagegen, indem sie regelmäßig dieses Wasser nach außen abgeben und den Zelldruck verringern.
Nahrungsvakuole
Die sogenannte Nahrungsvakuole wird auch Gastriole genannt und befindet sich in einigen mikroskopischen Lebewesen (= Protisten). Das können zum Beispiel einzellige Eukaryoten, Algen oder manche Pilze sein.
Eine Nahrungsvakuole entsteht, wenn ein mikroskopisches Lebewesen Nahrungsteilchen aus der umgebenden Flüssigkeit aufnimmt. Diese Teilchen kann das Lebewesen verdauen und sich dadurch ernähren.
Den Prozess bezeichnest du als Phagozytose („Zellfressen“).
