Plastidenformen

Plastiden sind Zellorganellen, die in der Regel fester Bestandteil jeder Zelle von Pflanzen und Algen sind. Nur einige hoch spezialisierte Zellen der Samenpflanzen und bestimmte Algen, die man als apoplastische Algen bezeichnet, besitzen keine Plastiden. Plastiden vermehren sich bei den höheren Pflanzen (Samenpflanzen) durch Teilung der Proplastiden in den meristematischen (embryonalen) Zellen und verteilen sich bei der Zellteilung nach dem Zufallsprinzip auf die Tochterzellen. Sie sind innerhalb einer Zelle genetisch selbstständig, da sie eine eigene DNA besitzen. Plastiden grenzen sich zum Cytoplasma hin durch eine Doppelmembran (äußere und innere Hüllmembran) ab.

Proplastiden als Vorstufen aller Plastidentypen befinden sich vorwiegend in Zellen des Bildungsgewebes (Meristemzellen). Sie unterscheiden sich von den anderen Plastidentypen vor allem durch ihre geringe Größe und die wenig differenzierte innere Membran. Sie zeichnen sich durch charakteristische Einschlüsse (Lipidtröpfchen, Stärke) aus. Aus ihnen gehen alle anderen Plastidentypen hervor (Bild 1). In der Abbildung zeigen die grünen Pfeile die Entwicklungen, die durch Umwelteinflüsse ausgelöst werden, während die roten Pfeile den normalen Verlauf der Plastidenentwicklung verdeutlichen. Aus den Proplastiden junger Zellen entwickeln sich während der Zelldifferenzierung bei den höheren Pflanzen (Samenpflanzen) abhängig von der Orientierung im Pflanzenkörper und von den Lichtverhältnissen unterschiedliche Plastiden.

Chloroplasten sind die wohl bekanntesten und in allen fotoautotrophen eukaryotischen Organismen vorkommenden Plastiden, denn sie sind die Orte der Fotosynthese. Sie sind linsen- bis kugelförmig und haben bei Pflanzen einen Durchmesser von ca. 3-8 µm. Die Anzahl der Chloroplasten pro Zelle kann stark variieren. Einige Grünalgen besitzen sogenannte „Megaplasten“, von denen nur einer oder wenige in einer Zelle Platz finden.

Chloroplasten besitzen eine doppelte Membranhülle bzw. sind von zwei biologischen Membranen umgeben. Die äußere Membran ähnelt anderen cytoplasmatischen Membranen, die innere Membran ist eingestülpt und bildet durch diese faltigen Einstülpungen das System der Thylakoide. Die ungestapelten Membranbereiche der Thylakoide werden als Stromathylakoide und die begrenzten, geldrollenartig übereinandergestapelten Membranbereiche als Granathylakoide bezeichnet. Die Thylakoide enthalten Carotinoide und an Protein gebundene Chlorophylle als Fotosynthesepigmente. Vor allem Chlorophylle sind für den geordneten Ablauf der lichtabhängigen Reaktionen der Fotosynthese zuständig und bestimmen gleichzeitig die grüne Farbe der oberirdischen Pflanzenteile.

Der plasmatische Bereich im Inneren der Chloroplasten wird Stroma genannt. Hier befinden sich neben den für den Ablauf der lichtunabhängigen Reaktionen notwendigen Enzymen zusätzlich Ribosomen und DNA. Gleichzeitig können lipidreiche Tröpfchen (Plastoglobuli) und Assimilationsstärke in den Chloroplasten gespeichert werden.

In unterirdischen Organen und in Früchten und Samen von Pflanzen befinden sich die Leukoplasten. Diese Zellorganellen sind nicht zur Fotosynthese befähigt und besitzen keine Farbpigmente. Sie entstehen aus Proplastiden und ein Teil von ihnen kann sich bei Belichtung zu Chloro- oder Chromoplasten differenzieren. Leukoplasten sind Speicherorganellen und je nach gespeichertem Inhaltsstoff können Elaioplasten (Fette), Proteinoplasten (Proteinkristalle) und Amyloplasten (Stärke) unterschieden werden.

Beispielsweise wird die Stärke der Kartoffelknolle in Amyloplasten gespeichert.

In Dunkelheit können aus Proplastiden ebenfalls farblose Etioplasten entstehen. Sie unterscheiden sich von den Leukoplasten durch eine Art Kristallgitter aus Membranelementen (Prolamellarkörper). Etioplasten sind durch die enthaltenen Carotinoide blassgelb gefärbt, wie sie z. B. bei Trieben, die von dunkel gelagerten Kartoffeln auswachsen, auftreten. Bei Lichtzufuhr wandelt sich der Prolamellarkörper der Etioplasten in Thylakoide um, wodurch ein Chloroplast entsteht.

Chromoplasten sind für die Zellstoffwechselprozesse ohne große Bedeutung. Sie sind jedoch in farbigen Pflanzenorganen vorhanden und fördern somit Bestäubung (Blütenfarben) und Samenverbreitung (Färbung der Früchte). Farbveränderungen des Herbstlaubs oder der Früchte beim Reifen kommen aufgrund der Umwandlung von Chloroplasten in Chromoplasten zustande. Chromoplasten besitzen eine große Vielfalt an inneren Speicherstrukturen, so z. B. Globuli (kugelförmig), Tubuli (zylinderförmig), kristallär oder in Membranen (flächenförmig). Sie sind reich an lipidhaltigen Tröpfchen (Plastoglobuli) und Carotinoiden (Carotine und Xanthophylle), was ihre gelbe, orange oder rote Färbung ausmacht (Mohrrübe, Paprika, Tomate). Chlorophylle fehlen ihnen vollständig.

Plastiden können durch Zweiteilung aus ihresgleichen entstehen. In einer Zelle können unterschiedlich viele Plastiden vorkommen: von nur einem Plastiden (z. B. viele Algen) bis hin zu mehreren Hundert Plastiden (z. B. Mesophyllzelle der Samenpflanzen).
Die verschiedenen Plastidentypen sind z. T. ineinander umwandelbar.