Chloroplasten

Was sind Chloroplasten? 

Chloroplasten sind Organellen, die in Pflanzen– und Algenzellen vorkommen. Ihre Hauptfunktion ist es, Photosynthese zu betreiben. Sie können also mithilfe von Sonnenlicht energiereichen Zucker herstellen. Chloroplasten sind außen von einer Doppelmembran umgeben, in ihrem Inneren befindet sich eine farblose Flüssigkeit, das Stroma.

Im Plasma einer Pflanzenzelle findest du meist viele Chloroplasten. Sie sehen aus wie kleine, grüne „Körner”. Die grüne Farbe der Pflanzen kommt durch den Farbstoff Chlorophyll (Blattgrün), der in den Chloroplasten erhalten ist. Ohne ihn, könnte die Pflanze keine Photosynthese ausüben.

Chloroplasten gehören zu den Plastiden. Das sind Zellorganellen in Pflanzen, die eine Doppelmembran und eigenes Erbgut besitzen. 

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Aufgepasst: Tierzellen und prokaryotische Zellen enthalten keine Chloroplasten.

Chloroplasten Aufbau und Bestandteile

Wenn man eine Pflanzenzelle unter einem Lichtmikroskop  betrachtet, fallen vor allem die linsenförmigen, grünen Chloroplasten auf. In seinem Querschnitt ist das Zellorganell etwa 4-8 μm groß. Normalerweise befinden sich immer mehrere Chloroplasten innerhalb einer Pflanzenzelle.

Chloroplasten bestehen aus mehreren Teilen: Dem Stroma, der Doppelmembran und den Thylakoiden. Die Doppelmembran setzt sich aus einer inneren und einer äußeren Membran zusammen. Bei beiden handelt es sich um Biomembranen mit verschiedenen Aufgaben.

Dabei sieht der grundsätzliche Aufbau eines Chloroplasten so aus:

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Das sind die Hauptbestandteile im Chloroplasten:

• Doppelmembran: Chloroplasten sind von einer doppelten Biomembran umgeben. Die äußere Membran ist dabei glatt, während die innere Membran stark eingefaltet ist. Dadurch bildet sich ein ausgeprägtes Membransystem. Du bezeichnest die Innenausstülpungen als Thylakoidmembran.
  
  
• Thylakoide: Die Thylakoidmembran bildet geschlossene, abgeflachte Membransäcke, die sogenannten Thylakoide.
  • Grana: Oft sind die Thylakoide in Stapeln angeordnet, du bezeichnest sie dann als Grana (Einzahl: Granum). Du kannst dir die Stapel in etwa wie bei einer Münzgeldrolle vorstellen.
  • Stromathylakoide: Die Thylakiode können aber auch einzeln vorkommen, dann nennst du sie Stromathylakoide.
    
    
• Stroma: Im Inneren des Chloroplasten befindet sich eine flüssige Grundsubstanz, das Stroma. Im Stroma findest du außerdem:
  • Erbgut (ringförmige DNA)
  • Lipidtröpfchen (Plastoglobuli)
  • Ribosomen
  • Stärkekörner

Chloroplast Funktionen

Chloroplasten sind Zellorganellen. Sie befinden sich ausschließlich in Pflanzenzellen und verleihen Pflanzen ihre grüne Farbe. Ihre Hauptaufgabe ist die Photosynthese.   

Schauen wir uns nun den Aufbau und die Funktionen des Chloroplasten genauer an.

Chloroplastenmembran

Die äußere, glatte Chloroplastenmembran bietet dem Chloroplasten Schutz gegen äußere Einflüsse. Außerdem trennt sie das Chloroplast vom Cytoplasma der Zelle ab. Trotzdem ermöglicht die Chloroplastenmembran ihm gleichzeitig, verschiedene Stoffe, wie Wasser, aufzunehmen und abzugeben.

Die innere Membran ist stark gefaltet und nach innen gestülpt. Die Einstülpungen bezeichnest du auch als Thylakoide. Mehrere Thylakoide können Stapel bilden, die sogenannten Grana. Sie können aber auch einzeln vorkommen. Das nennst du dann Stromathylakoide.

Die Membran an den Thylakoiden nennst du Thylakoidmembran. An ihr findet die Photosynthese statt. In den Membranen ist nämlich unter anderem der grüne Farbstoff Chlorophyll enthalten. Damit kann die Pflanze Licht „einfangen” und Energie weiterleiten.

Zwischen den beiden Membranen der Chloroplasten liegt der Intermembranraum. Er enthält Enzyme, die ATP verarbeiten und umwandeln können. Unter ATP verstehst du den universellen Energieträger in allen lebenden Organismen.

Stroma

Im Inneren des Chloroplasten befindet sich eine farblose Flüssigkeit, das sogenannte Stroma. Sie ähnelt dem Cytosol der gesamten Zelle. Im Stroma befinden sich einzelne Thylakoide (Stromathylakoide), Ribosomen, DNA und Stärkekörner.

Letztere können den nach der Photosynthese entstandenen Zucker in Form von Stärke lagern. Von dort aus kann die Stärke bei Bedarf weiter transportiert werden. Außerdem liegen im Stroma Lipidtröpfchen, die sogenannten Plastoglobuli. Sie dienen als Speicher und enthalten unter anderem Phospholipide und Proteine.

Das Stroma hat drei Aufgaben:

• Einlagerung der unterschiedlichen Bestandteile
• Molekültransport
• Abbau von Substanzen

Chloroplasten Photosynthese

Der Chloroplast ist der wichtigste Bestandteil für den Ablauf der Photosynthese . Dabei handelt es sich um eine Reaktion, bei der aus Wasser (H₂O) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) mithilfe von Lichtenergie Sauerstoff (O₂ ) und Glucose (C₆H₁₂O₆ ) entstehen.

Die Reaktionsgleichung sieht so aus:

6 H₂O + 6 CO₂ → 6 O₂ + C₆H₁₂O₆

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

Dabei handelt es sich bei Sauerstoff um eine Art Abfallprodukt für die Pflanze. Sie gibt ihn nämlich über Öffnungen in ihren Blättern an ihre Umgebung ab. Das ist sehr praktisch, denn Sauerstoff ist die Lebensgrundlage für viele Lebewesen, uns Menschen eingeschlossen.

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Glucose ist ein sehr energiereicher Stoff. Deshalb nutzen Pflanzen ihn selbst, um sich zu ernähren. Da Pflanzen ihre Nährstoffe also selber herstellen können, nennst du sie autotroph. Im Gegensatz dazu, benötigen Tiere Nahrung von außen, um überleben zu können, sie sind also heterotroph.

Mehr Informationen zur heterotrophen Ernährungsform, bekommst du hier . Die autotrophe Ernährungsform erklären wir dir hier im Video ausführlicher.

Endosymbiontentheorie

Ein Chloroplast ist, wie die Mitochondrien , von einer Doppelmembran umgeben. Eine Erklärung dafür liefert die sogenannte Endosymbiontentheorie . Nach dieser Theorie sind im Laufe der Evolution prokaryotische Organismen, wie Bakterien, von eukaryotischen Einzellern aufgenommen worden — und zwar durch Endozytose , also eine Einstülpung der Zellmembran.

Dadurch erhielten die Mitochondrien und Plastiden eine Doppelmembran, also eine Membran des Prokaryoten und eine Membran der eukaryotischen Urzelle. Die prokaryotische Zelle wurde nicht verdaut, woraus dann eigene Zellorganellen hervorgingen.

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Die prokaryotischen Vorläufer besaßen eine eigene DNA und Ribosomen , weshalb beide Bestandteile auch in Chloroplasten und Mitochondrien zu finden sind.

Chloroplasten DNA

Die Chloroplasten enthalten, genauso wie die Mitochondrien, eigenes Erbgut (DNA). Die Chloroplasten DNA nennst du auch Plastiden DNA. Das kannst du als ctDNA oder cpDNA abkürzen. Sie besitzt eine ringartige Form.

Die Gesamtheit aller Erbinformationen einer Zelle, das sogenannte Chloroplastengenom, bezeichnest du als Plastom. Da Chloroplasten eigenes Erbgut haben, können sie sich auch unabhängig vom Zellzyklus vermehren.

Chloroplasten — häufigste Fragen

• Was sind Chloroplasten?
  Chloroplasten befinden sich in Pflanzenzellen und sind für die Photosynthese verantwortlich. In ihnen befindet sich das Chlorophyll, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht. Am Chlorophyll findet die Reaktion der Photosynthese statt. Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben, während sich in ihrem Inneren die Grundsubstanz, das sogenannte Stroma, befindet.
  
  
• Was ist die Aufgabe der Chloroplasten?
  Chloroplasten sind Organellen bzw. Plastiden. Ihre Hauptaufgabe ist die Photosynthese. Dabei erzeugen Chloroplasten aus dem Licht, das auf die Pflanzen fällt, Zucker. In den Chloroplasten befindet sich das Stroma und das Chlorophyll. 
  
  
• Wie sind Chloroplasten aufgebaut?
  Chloroplasten verfügen über eine Doppelmembran. Diese setzt sich wiederum aus einer inneren und einer äußeren Membran zusammen. Bei beiden handelt es sich um Biomembranen mit verschiedenen Aufgaben: Die äußere Membran bietet Schutz und erscheint glatt, die innere Membran ist stark eingestülpt und essenziell für die Photosynthese.
  
  
• Wie groß sind Chloroplasten?
  Chloroplasten sind ungefähr 4-8 µm groß und linsenförmig. Durch das in ihnen enthaltene Chlorophyll erhalten sie ihre grüne Farbe. Dieses ist auch ausschlaggebend für den Namen der Chloroplasten: „Chloro” bedeutet auf Griechisch grün. Chloroplasten bestehen aus einer Doppelmembran, dem Stroma und Thylakoiden.

Plastiden

Neben den Chloroplasten gibt es noch weitere Plastiden, wie beispielsweise  die Amyloplasten oder Leukoplasten. Aus den Chloroplasten selbst können zudem weitere Plastidenformen entstehen, etwa die Gerontoplasten durch Alterung.

Welche weiteren Plastiden es gibt, und was ihre Funktionen sind, erklären wir dir im nächsten Video !