Schema einer Pflanzenzelle
Mariana Ruiz Villarreal, public domain

Pflanzenzellen sind eine Weiterentwicklung tierischer Zellen. Zusätzlich zu den Struktur-Elementen tierischer Zellen besitzen sie Plastiden und eine inneren Druck abfangende Zellwand.

Das folgende Schema der pflanzlichen Plastiden zeigt deren vermutete Verwandtschaft und wie sie auseinander hervorgehen können.

Schema der pflanzlichen Plastiden
Mariana Ruiz Villarreal, public domain

In den Zellen reifer Früchte und vieler Blüten findet man Chromoplasten genannte, durch Carotionide gelb- bis orange gefärbte Körnchen. In den farblosen Zellen pflanzlicher Speicherorgane wie Samen, Knollen oder Wurzelstöcken findet man unauffällige Körnchen ohne Farbstoffe. Sie heißen Leukoplasten und sie bauen aus Zucker Reservestärke auf.

Die wichtigsten Plastide sind die Chloroplasten der Grünalgen und höheren Pflanzen, denn ihre Fotosynthese ist die Lebensgrundlage fast aller Pflanzen, Pilze und Tiere.

Viele Pflanzenzellen enthalten Chloroplasten genannte Organellen. Sie geben den Pflanzen ihre grüne Farbe und in ihnen findet die Fotosynthese statt. Ohne die Fotosynthese könnte kein Mensch leben, denn sie nutzt die Energie des Sonnenlichts, um die für uns lebenswichtigen Moleküle Traubenzucker und Sauerstoff aus Wasser und Kohlenstoffdioxid zu produzieren. Wie die Mitochondrien besitzen auch die Chloroplasten einen eigenen Bauplan und vermehren sich durch Zellteilung. Die meisten Biologen glauben heute, dass die Chloroplasten von Cyanobakterien abstammen. Man nennt diese Vorstellung Endosymbionten-Theorie, weil demnach die Chloroplasten und Mitochondrien als Endosymbionten in eukaryotischen Zellen leben.

Chloroplasten benötigen Licht für ihre Entwicklung und für die Fotosynthese. Für die Fotosynthese nutzen Pflanzen verschiedene Farbstoffe: polare Chlorophylle (blaugrünes Chlorophyll a und gelbgrünes Chlorophyll b) und Carotinoide (unpolare Carotine und polare Xanthophylle). Man sieht die Carotinoide erst im Herbst, wenn in den Blättern der meisten unserer Laubbäume in den Chloroplasten das Chlorophyll abgebaut wird.

Chloroplasten sind 5-10 µm große, kugelige oder linsenförmige Organellen. Die äußere Abgrenzung zum Zytoplasma bildet - ähnlich wie beim Zellkern, aber ohne Poren - eine Hülle aus einer äußeren und einer inneren Plastiden-Membran mit einem Spalt dazwischen. Die Grundsubstanz im Inneren heißt Matrix oder Stroma und enthält eigene Ribosomen sowie mehrere ringförmige DNA-Moleküle. Weil Chloroplasten Zucker produzieren, sind in ihnen Körnchen von Assimilationsstärke nachweisbar. Außerdem findet man im Stroma Lipidtröpfchen und große Stärketröpfchen, in denen die energiereichen Stoffe gespeichert werden, welche die Chloroplasten im Stroma produzieren. Die innere Plastiden-Membran ist an verschiedenen Stellen eingestülpt (leider zeigt unser Buch das nicht und beschreibt es widersprüchlich) und bildet im Inneren jedes Chloroplasten ein zusammenhängendes, dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat ähnelndes Membransystem, das viele kleine Hohlräume vom Stroma abgrenzt. Zusammen mit den sie umgebenden Membranen nennt man diese Hohlräume Thylakoide. Dabei unterscheidet man zwei Arten von Thylakoiden - die röhrenförmigen oder flächigen Stromathylakoide und die aus runden Thylakoidstapeln bestehenden Grana oder Granathylakoide. Ein einzelner Stapel heißt Granum. Mehrere Stapel heißen Grana und werden durch Stromathylakoide miteinander verbunden.

Schema eines Chloroplasten
Emmanuel Boutet, GNU-Lizenz für freie Dokumentation
1. äußere Membran, 2. Intermembranraum, 3. innere Membran, (1+2+3 = Hülle), 4. Stroma, 5. Thylakoidlumen (im Innern des Thylakoids), 6. Thylakoidmembran, 7. Granum (Granalamelle), 8. Thylakoid (Stromalamelle), 9. Stärke, 10. plastidäres Ribosom, 11. plastidäre DNA, 12. Plastoglobulus (kugelförmige Struktur aus Lipiden (Plural: Plastoglobuli)

Nur die Membranen der Thylakoide enthalten das Chlorophyll, das für die Fotosynthese gebraucht wird. Die Chlorophyll-Moleküle schwimmen zusammen mit Carotin-Molekülen und verschiedenen Proteinen und bilden mit diesen sogenannte Fotosysteme in einer Lipiddoppelschicht, die mit diesem Aufbau nicht untypisch für die Membranen von Zellen und Organellen ist.

Der Tonoplast ist eine Membran und besteht daher aus einer Lipiddoppelschicht mit darin schwimmenden Proteinen. Er grenzt eine Vakuole vom Zytoplasma ab.

Direkt nach der letzten Zellteilung sieht die Zelle noch genauso aus wie eine embryonale Pflanzenzelle. Das Zytoplasma füllt noch gleichmäßig den gesamten Zellraum aus und in ihm schwimmen neben vielen anderen Organellen auch einige kleine Vakuolen. Während die Zelle wächst, werden die Vakuolen zahlreicher und größer, während das Cytoplasma kaum größer wird. Zwischen den Vakuolen bildet das Cytoplasma zunächst noch breite Schichten, später nur noch dünne Fäden und schließlich beschränkt es sich auf einen schmalen Rand zwischen dem Plasmalemma und einer vereinigten, großen Vakuole.

Der Zellsaft ist eine wässrige Lösung zahlreicher organischer und anorganischer Stoffe. Er befindet sich in den Vakuolen der Pflanzenzellen und besteht aus Reservestoffen und Stoffwechselendprodukten in wässriger Lösung.

Reservestoffe der Pflanzen sind Traubenzucker (Glucose), Fruchtzucker (Fructose) und Rohrzucker (Saccharose). Diese Stoffe werden vorübergehend aus dem Stoffwechsel heraus genommen und bei Bedarf wieder ins Zytoplasma zurück transportiert.

Stoffwechselendprodukte sind teilweise giftige Stoffe, die von der Zelle nicht mehr gebraucht, aber im Gegensatz zu Tieren von den Pflanzenzellen nicht ausgeschieden werden. Damit sie den Zellen nicht schaden, werden sie in der Vakuole endgelagert. Gerade weil sie teilweise giftig sind, schützen sie Pflanzen vor Tieren, die dadurch nicht allzu viel von einer giftigen Pflanze fressen können.

Pflanzen werden durch die Zellwand vor dem Platzen bewahrt. So können Pflanzenzellen durch ihre riesigen Vakuolen prall gefüllt und ähnlich stabil wie eine aufgepumpte Luftmatraze sein. Können die Vakuole aufgrund von Wassermangel nicht prall gefüllt werden, dann wird die Pflanze schlaff, sofern sie nicht durch Holz stabilisiert wird.