Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Biologie Abitur
  3. 3 Stoffwechsel und Energieumsatz
  4. 3.4 Aufbauender Stoffwechsel
  5. 3.4.1 Die Fotosynthese ist die Grundlage des Lebens
  6. Feinstruktur eines Chloroplasten

Feinstruktur eines Chloroplasten

Die Chloroplasten gehören neben Amylo-, Leuko- und Chromoplasten zu miteinander verwandten Pflanzenorganellen, die als Plastiden bezeichnet werden. Man findet sie in Blättern und anderen Organen der grünen Pflanzen sowie in ein- oder vielzelligen Algen. Sie enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll, Enzyme und Moleküle, die zum fotosynthetischen Stoffwechsel nötig sind.
Chloroplasten (bei Pflanzen haben sie einen Durchmesser von 1 bis 5 µm) als Zellorganellen der Fotosynthese lassen sich schon im Lichtmikroskop als linsenförmige Körperchen erkennen. Mithilfe des Elektronenmikroskops erhält man einen Einblick in die Feinstruktur der Chloroplasten. Sie bestehen im Innenraum aus einer Grundsubstanz (Stroma), lamellenartigen Membranen (Stroma- bzw. Granathylakoide), ringförmiger DNA, Assimilationsstärke, Ribosomen u. a. und werden nach außen durch eine Doppelmembran gegenüber dem Cytoplasma abgegrenzt. Durch spezielle Techniken, wie z. B. Gefrierätztechnik gelang es, den Feinbau der Thylakoidmembranen zu ermitteln. Diese enthalten besondere Strukturen, wie z. B. Fotosystem I und II, ATP-Synthase und die Enzym-Komplexe einer Elektronentransportkette.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Betrachtet man Zellen grüner Pflanzen, so fallen unter einem Lichtmikroskop linsenförmige Körperchen auf, die z. B. bei Wasserpestarten (Elodea) durch Plasmabewegung in der Zelle transportiert werden. Diese Chloroplasten entstehen wie andere Plastiden aus Proplastiden – einfach aufgebauten „Vorläufern“ dieser Organellen. Bei der Entwicklung unter Lichteinfluss faltet sich die innere der vorhandenen Doppelmembranen ein und bildet so das typische Thylakoidmuster der Chloroplasten. Fertig ausgebildete Chloroplasten können sich aufgrund ihrer eigenen DNA durch Teilung selbstständig vermehren. Eine andere Form der Vervielfältigung ist die Knospung, bei der kleinere Fragmente des Chloroplasten abgeschnürt werden, die dann wiederum zu Proplastiden werden.

Wenn man Chloroplasten mithilfe des Elektronenmikroskops betrachtet, bekommt man Einsichten in die Feinstruktur dieser Zellorganellen.
Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben, die sie vom umgebenden Cytoplasma der Zelle abgrenzt. Zwischen den beiden Membranen befindet sich ein schmaler Intermembranraum. Die innere der Membranen ist an einigen Stellen in das Chloroplasteninnere eingestülpt und bildet dadurch die sogenannten Matrixthylakoide. Chloroplasten sind mit einer Grundsubstanz (Stroma) ausgefüllt, die Enzyme, ringförmige DNA, Ribosomen und Assimilationsstärke enthält. Außerdem finden im pigmentlosen Stroma die lichtunabhängigen Reaktionen des CALVIN-Zyklus statt. Dazu sind im Stroma zur Oberflächenvergrößerung weitere Membransysteme angeordnet, die im elektronenmikroskopischen Bild als dunkle Linien sichtbar sind. Dabei schließen immer zwei Membranen einen scheibenförmigen Hohlraum ein, den man als Thylakoid bezeichnet. Geldrollenartige Stapelungen der Thylakoide werden als Grana- („Körner“; Singular Granum), einfache Lamellen im Bereich des Stromas als Stromathylakoide bezeichnet. Zusammen bilden sie ein lamellenartiges System innerhalb des Chloroplasten. Die einzelnen Thylakoide eines Granums stehen mit anderen Grana über Fortsätze im Stroma in Verbindung. Auch dieses Membransystem sind Einstülpungen der inneren Chloroplastenmembran, jedoch wurden sie im Laufe des Wachstums abgetrennt und erscheinen somit losgelöst.

  • Bau eines Chloroplasten

    Renate Diener

Die molekulare Struktur der Thylakoidmembranen konnte durch Gefrierbruch und Gefrierätzung aufgeklärt werden.
Durch die Gefrierätztechnik können mithilfe des Elektronenmikroskops plastische Bilder hergestellt werden. Dabei wird das Objekt bzw. die Zelle bei -196 °C tiefgefroren. Durch das sehr schnelle Abkühlen (20 °C pro Millisekunde) wird die Bildung von Eiskristallen, welche die Feinstruktur zerstören können, verhindert. Mit einem abgekühlten Messer wird anschließend die Zelle aufgebrochen (Gefrierbruch), sodass sich eine Bruchkante an der Membranoberfläche, beispielsweise an Chloroplasten oder am Zellkern bildet. Danach lässt man das Eis sublimieren, d. h. unmittelbar vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand übergehen, ohne die Stufe des flüssigen Aggregatzustands zu durchlaufen, um die Strukturen sichtbar zu machen (Gefrierätzung). Im Anschluss erfolgt ein Aufdampfen des Objekts mit Platin-Kohledampf. Diese Metallschicht wird dann isoliert, indem die organischen Substanzen mit Säuren aufgelöst werden. Unter dem Elektronenmikroskop werden dann die Oberflächen biologischer Strukturen betrachtet.

  • Gefrierätztechnik

    Renate Diener

Der so erforschte Feinbau der Thylakoidmembran entspricht abgesehen von den Strukturbesonderheiten im Wesentlichen dem der Biomembran. Auf der Lipiddoppelschicht sind Proteine auf- und eingelagert. Die Proteine bilden Komplexe mit Pigmenten (Chlorophylle, Carotinoide), die für den Ablauf der lichtabhängigen Reaktionen verantwortlich sind. Bei den eingelagerten Komplexen handelt es sich um Fotosystem I und II sowie Cytochromkomplexe, als Enzyme sind NADP+-Reduktase und ATP-Synthase in der Membran lokalisiert. Des Weiteren sind Moleküle wie Plastochinon und Plastocyanin, die für den Elektronentransport von Bedeutung sind, angelagert.

Zwischen Stroma- und Granathylakoiden gibt es Unterschiede. So enthalten Stromathylakoide vor allem das Fotosystem I und die ATP-Synthase, das Enzym, das für die Bildung von ATP zuständig ist. Im Gegensatz dazu befindet sich an der Innenseite der Granathylakoide nur das Fotosystem II. Die Fotosysteme absorbieren durch den Antennenkomplex Lichtenergie, die die Anregung von Chlorophyllmolekülen in einem Reaktionszentrum bewirkt. Beide Fotosysteme sind durch eine Elektronentransportkette miteinander verbunden.

  • Aufbau eines Thylakoids

    Renate Diener

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Feinstruktur eines Chloroplasten." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/feinstruktur-eines-chloroplasten (Abgerufen: 20. May 2025, 07:41 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Video
  • Thylakoide
  • Chloroplasten
  • Fotosysteme
  • Gefrierätzung
  • Pflanzenzelle
  • Plastiden
  • Fotosynthese
  • Thylakoidmembranen
  • Stroma
  • Gefrierbruch
  • Granum
  • Thylakoidmembran
  • Grana
  • Gefrierätztechnik
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Obstbau in Neuseeland – Beispiel für Globalisierung

Die Globalisierung der Weltwirtschaft hat auch im Bereich der Agrarproduktion zu neuen Rahmenbedingungen geführt. In Neuseeland wurde im Zeitraum von nur zehn Jahren die Landwirtschaft liberalisiert und unmittelbar dem freien Wettbewerb auf dem Weltmarkt zugänglich gemacht. Während beispielsweise in der EU staatliche Subventionen an die Erzeuger gezahlt werden, kommt die Landwirtschaft in Neuseeland seit 1984 völlig ohne staatlichen Einfluss und finanzielle Zuwendungen aus.
Am Beispiel des Obstbaues wird aufgezeigt, wie es den Landwirten gelungen ist, unter globalen Konkurrenzbedingungen ihre Existenz zu sichern. Unter anderem konzentrierten sich die Farmer Neuseelands auf den Anbau von Spezialkulturen, vor allem auf die Kiwifrucht. Besonders in den Industrieländern war die Nachfrage nach dieser gesunden exotischen Frucht sprunghaft angestiegen. Außerdem haben die neuseeländischen Landwirte rasch auf veränderte Nachfragebedingungen und den gestiegenen Bedarf nach ökologisch wertvollen Produkten reagiert. Inzwischen werden etwa 85 % der Agrarerzeugnisse des Landes in viele Länder der Welt exportiert. Damit hat sich die Landwirtschaft zu einem bedeutenden Wirtschaftsfaktor Neuseelands entwickelt.

Melvin Calvin

* 08.04.1911 in Saint Paul (Minnesota)
† 08.01.1997 in Berkely (Kalifornien)

Melvin Calvin ist ein amerikanischer Chemiker. In den fünfziger Jahren klärte er mit Hilfe des radioaktiv markierten Kohlenstoffs einen Teil der Fotosynthese auf, der nach ihm mit „Calvin-Zyklus“ benannt wurde. Für diese bahnbrechenden Ergebnisse erhielt Calvin 1961 den Nobelpreis für Chemie.
Calvin isolierte das Rhesus-Antigen und erforschte die Entstehung von Krebs, die chemische Evolution auf der Erde und Theorien zur Urzeugung. Calvin war während des zweiten Weltkrieges an der Entwicklung der Atombombe in den USA mitbeteiligt.

Chemosynthese

Chemosynthese (auch Chemolithotrophie oder Chemoautotrophie) ist eine Form des chemotrophen Energiestoffwechsels (Chemotrophie), bei dem anorganische Verbindungen oder Ionen die Reduktionsäquivalente für den Energiegewinn liefern. Chemosynthese betreiben chlorophyllfreie Prokaryoten. Sie kommt bei Bodenbakterien und Wasserbakterien vor. Dieser Prozess wurde von SERGEJ NIKOLAJEWITSCH WINOGRADSKIJ (1856-1953) bei den schwefeloxidierenden Bakterien, eisenoxidierenden Bakterien (1887, 1889) und den nitrifizierenden Bakterien (1890) entdeckt.
Bei der Chemolithotrophie werden durch die Oxidation von anorganischen Stoffen ATP als Energiequelle und das Reduktionsmittel NADH + H + als Voraussetzungen für die Herstellung von Kohlenhydraten im CALVIN-Zyklus bereitgestellt. Bei der ersten Phase werden u.a. durch Nitrifikation oder Schwefeloxidation die Voraussetzungen für den CALVIN-Zyklus gebildet. Besondere Bedeutung haben u.a. nitrifizierende Bakterien im Rahmen des Stickstoffkreislaufs oder Schwefelbakterien für die Reinigung der Abwässer.

Hans Fischer

* 27.07.1881 in Höchst (heute zu Frankfurt/ Main gehörend)
† 31.03.1945 in München

HANS FISCHER war ein deutscher Chemiker. Er untersuchte Farbstoffe auf Pyrrol-Basis, z. B. Porphyrine. Es gelang ihm, den Gallenfarbstoff Bilirubin zu synthetisieren, er klärte die Struktur des Hämins, eines Bestandteils des roten Blutfarbstoffes, auf und die Struktur von Chlorophyll.
1930 erhielt HANS FISCHER den Nobelpreis für Chemie.

Fotophosphorylierung

Fotophosphorylierung beschreibt die Bildung von Adenosintriphosphat (ATP) durch die Anlagerung einer Phosphatgruppe an Adenosindiphosphat (ADP) unter dem Einfluss von Lichtenergie. Der ablaufende Mechanismus der ATP-Bildung im Chloroplast und die ATP-Bildung im Mitochondrium während der Endoxidation bei der Zellatmung sind grundlegend gleich und werden als Chemiosmose bezeichnet. Es entsteht im Laufe der Lichtreaktionen ein Konzentrationsunterschied an Protonen zwischen Thylakoidinnenraum und Stroma, in dessen Endergebnis durch den angestrebten Konzentrationsausgleich enzymatisch ATP gebildet wird. Je nach Weg der Elektronen bei den lichtabhängigen Reaktionen unterscheidet man zwischen nichtzyklischer und zyklischer Fotophosphorylierung.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025