Cytologie

Cytologie
Zellaufbau

Zellwand

In diesem Beitrag erklären wir dir, wie die Zellwand aufgebaut ist und welche Funktion sie für die Pflanzenzelle erfüllt.

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Inhaltsübersicht

Zellwand einfach erklärt

Eine Zellwand ist eine dicke Hülle, die Pflanzenzellen , prokaryotische Zellen, wie zum Beispiel Bakterienzellen und Archaeen und Pilzzellen umgibt. Tierzellen besitzen keine Zellwände.

Die pflanzlichen Zellwände haben einen typischen Aufbau aus vier wichtigen Bestandteilen. Von außen nach innen liegen die sogenannte Mittellamelle, die Primärwand, die Sekundärwand und die Tertiärwand vor. Diese bestehen vor allem aus den Polysacchariden Cellulose, Pektin, dem Biopolymer Lignin und verschiedenen Strukturproteinen.

Zellwand, Pflanzenzelle
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Zellwand

Die wichtigsten Funktionen einer Zellwand sind der Schutz des Cytoplasmas und die Stabilisierung der Zellform. Außerdem ist sie in der Lage, durch ihre semipermeablen (halbdurchlässigen) Eigenschaften den Druck innerhalb der Zelle durch Wasseraufnahme/-abnahme zu steuern.

So kann sie ein Austrocknen oder insbesondere ein Platzen der Zelle verhindern. Weiterhin ist die Zellwand in der Lage, unter anderem Kohlenhydrate für den Stoffwechsel zu speichern.

Zellwand Aufbau

Grundsätzlich ist die Zellwand aus sogenannten Polymeren aufgebaut. Darunter kannst du dir große Moleküle (= Makromoleküle) vorstellen, die aus kleineren Bausteinen (= Monomere) aufgebaut sind. Ein bekanntes Beispiel für Polymere sind die sogenannten Polysaccharide.

Im Folgenden betrachten wir schematisch den pflanzlichen Zellwandaufbau in ihrem Querschnitt. Wir beginnen mit dem äußersten (Mittellamelle) und enden mit dem innersten Bestandteil (Tertiärwand).

Zellwand, Aufbau, Struktur, Mittellamelle
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Zellwand Aufbau

Mittellamelle

Die sogenannte Mittellamelle ist eine relativ dünne Schicht. Sie besteht aus den pflanzlichen Polysacchariden namens Pektine oder auch Pektinstoffe. Diese findest du in der Natur in besonders hoher Konzentration in der Schale von Zitrusfrüchten wie Zitronen oder Limonen.

Die Pektine verleihen der Mittellamelle eine gel-artige Struktur. Dadurch dient sie sozusagen als „Kleber“ zwischen zwei benachbarten Zellen.

Primärwand

Die Primärwand besteht vor allem aus Pektinen, dem Polysaccharid Cellulose (Zellulose) und Proteinen wie zum Beispiel Glykoproteinen. Außerdem kommen in ihr Gemische aus mehreren Polysacchariden namens Hemicellulose vor.

Eine Primärwand hat eine elastische Form. Diese entsteht durch sogenannte Mikrofibrillen, die sich nach der Zellteilung und während des Zellwachstums auf die Mittellamelle in einer zufälligen Struktur anlagern. Du kannst dir Mikrofibrillen als faserige Strukturen vorstellen, die vor allem aus Cellulose bestehen (Anteil: 8-14 %) und durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden sind.

Zellwand, Primärwand, Aufbau, Pektin
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Primärwand

Die Matrix, in der diese Cellulosefibrillen eingelagert sind, besteht vor allem aus Pektin und Hemicellulose. Dadurch ergibt sich ein stabiles Netzwerk. In dieses Netzwerk sind unter anderem verschiedene Strukturproteine wie zum Beispiel die Extensine eingebettet.

Der stabile Endzustand der Primärwand nach dem Zellwachstum wird als Sakkoderm bezeichnet.

Sekundärwand

Nachdem die Zelle ihr Wachstum beendet hat, bildet sich die sogenannte Sekundärwand. Sie ist wesentlich dicker und stabiler als die Primärwand und nicht mehr wirklich elastisch verformbar.

Eine Sekundärwand besteht wieder aus Cellulosefibrillen und Hemicellulosen. Die Fibrillen liegen nun jedoch nicht mehr in einer zufälligen Struktur vor. Sie werden parallel zueinander in mehreren Schichten aufgelagert. Diese Schichten überkreuzen sich dabei.

Die Matrix besteht nun unter anderem aus Lignin. Dieses Biopolymer ist einer der wesentlichen Bestandteile für die Druckfestigkeit und Beständigkeit der Zellwand.

Sekundärwand, Zellwand, Aufbau, Lignin
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Sekundärwand

In der Sekundärwand befinden sich außerdem mehrere Aussparungen (= Tüpfel), die zum Stoffaustausch zwischen benachbarten Zellen dienen. Außerdem ist die Sekundärwand in der Lage, Kohlenhydrate für den Stoffwechsel und das Wachstum zu lagern.

Tertiärwand

Die innerste Schicht der Zellwände wird Tertiärwand genannt. An sie schließt sich die Zellmembran an.

Die Tertiärwand ist eine dünne Schicht und besteht zu einem großen Teil aus Lignin, Pektinen und Hemicellulosen. Dadurch ist sie besonders resistent gegen enzymatische und chemische Einwirkungen.

Zellwand Funktion

Eine wichtige Aufgabe der Zellwand besteht darin, den Innenraum der Zelle vor der Zerstörung und fremden Einflüssen zu schützen. Diese fremden Einflüsse können etwa durch den Kontakt mit Viren, Bakterien oder Pilzen entstehen. Diese können krankheitserregend oder krankheitsauslösend (= pathogene) für die Pflanzenzelle sein.

Eine weitere Funktion der Zellwände besteht darin, die gesamte Zelle zu stabilisieren. Diese Stabilität entsteht größtenteils durch das Entgegenwirken zum sogenannten osmotischen Druck. Diesen kannst du dir als einen Druck im Zellinneren vorstellen, der dann entsteht, wenn die Konzentration gelöster Teilchen (z.B. Salze) im Innenraum höher ist als im umgebenden Lösungsmittel (meist Wasser).

Dadurch strömt das Wasser durch die semipermeable Membran in die Zelle, wodurch sich insbesondere der Druck des Zellsafts in der Vakuole (= Turgordruck) nach außen erhöht. Die Zellwand erzeugt einen dazu entgegengesetzten Druck, sodass die Pflanzenzelle besonders stabil wird.

Zellwand, Turgordruck, Stabilisierung
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Stabilisierung der Pflanzenzelle durch Zellwand und Turgordruck

Obwohl die ausgewachsene Zellwand an sich sehr wenig dehnbar ist, kann sie in Kombination mit der Membran auf eine leichte Ausdehnung der Zelle reagieren. Das kann etwa der Fall sein, wenn zu viel Wasser aufgenommen wurde.

Die nächste Funktion einer Zellwand besteht in der Regulierung des Stoffwechsels. Sie kann beispielsweise Kohlenhydrate speichern und über die Plasmodesmen zu weiteren Zellen transportieren. Außerdem ist sie in der Lage, durch ihre halbdurchlässige Membran Wasser aufzunehmen oder abzugeben und so die Zelle vor der Austrocknung zu bewahren.

Bakterien Zellwand

Wenn von einer Zellwand gesprochen wird, bezieht sich das meistens auf die pflanzliche Variante.

Doch auch Prokaryoten wie zum Beispiel Bakterien können eine Zellwand besitzen. Hier trennt diese die Zelle von ihrer Umgebung. Während die Zellwand der Pflanzen vor allem aus Cellulose besteht, enthält die Wand der Bakterien vor allem Murein. Dieses ist ein sogenanntes Peptidoglykan, also eine Kombination aus Aminosäuren (Peptid ) und Zuckern.

Du kannst die Zellwände von Bakterien nach der sogenannten Gramfärbung klassifizieren. Zuerst färbst du die zu analysierenden Bakterien mit einem basischen Farbstoff (meist Kristallviolett). Danach behandelst du sie mit Ethanol. Da sich der Farbstoff in diesem auflösen kann, bilden sich zwei Gruppen.

Die erste Gruppe sind die sogenannten grampositiven Bakterien. Sie besitzen eine dicke Zellwand aus mehreren Mureinschichten. Da sich der Farbstoff nicht durch diese dicke Wand ins Zelläußere bewegen und so auch nicht in dem Ethanol lösen kann, bleibt die Färbung dieser Bakterien erhalten.

Die gramnegativen Bakterien haben dagegen eine relativ dünne Zellwand. Der Farbstoff kann sich durch diese dünne Wand bewegen und wird im Ethanol ausgewaschen. Deshalb besitzen gramnegative Bakterien bei diesem Test auch keine Färbung.

In den Bakterien dient eine Zellwand ebenfalls zur Aufrechterhaltung der Struktur und zum Schutz vor anderen schädlichen Bakterien oder Umwelteinflüssen.

Zellwand Pilze

Die Zellwand der Pilze besteht aus dem Chitin. Dieses ist wie auch Cellulose ein Polysaccharid. Es kommt neben den Pilzen auch in verschiedenen Insektenarten vor.

Wie auch schon bei den Pflanzen oder den Bakterien dient sie zum Schutz vor Fremdkörpern wie zum Beispiel anderen schädlichen Bakterien und zur Stabilisierung ihrer Form.


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