Chloroplast

Chloroplast Definition

Was ist ein Chloroplast? In der Biologie bezeichnet ein Chloroplast das Organell in der Zelle von Pflanzen und anderen photosynthetischen Eukaryonten, das mit dem grünen Pigment Chlorophyll gefüllt ist. Etymologie: aus dem Griechischen „chloros“, was „grün“ bedeutet, und „plast“, was „Form“ oder „Gebilde“ bedeutet. Synonyme: Chloroplastid; grünes Plastid; Chloroleuzit.

Wenn ein Eukaryot Chloroplasten besitzt, bedeutet dies, dass er in der Lage ist, seine eigene Nahrung zu produzieren. Dies geschieht durch Photosynthese. Welche Arten von Zellen enthalten Chloroplasten? Pflanzen sind Beispiele für Organismen, die Chloroplasten in ihren Zellen besitzen. Wenn man sich ihre Zellen ansieht, erkennt man zahlreiche Chloroplasten, die über das gesamte Zytoplasma verteilt sind (siehe Bild der Blattanatomie unten). Jeder Chloroplast enthält ein Lichtsammelsystem, das Chlorophylle enthält. Diese grünen Pigmente absorbieren Licht im blauen und roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Sie reflektieren jedoch den grünen Teil des Spektrums. Aus diesem Grund sind Pflanzen grün. Im Gegensatz dazu enthalten tierische Zellen keine Chloroplasten. Das Vorhandensein von Chloroplasten ist also neben dem Vorhandensein einer Zellwand (d. h. einer Schicht, die aus Zellulose besteht und für die Steifigkeit der Zelle in Pflanzen sorgt) ein weiteres Unterscheidungsmerkmal, das Pflanzen von Tieren unterscheiden kann. Andere Organismen, die Chloroplasten besitzen, sind die eukaryotischen Algen, z. B. Grünalgen. Einige photosynthetische Bakterien (z. B. Phototrophe und Cyanobakterien) haben Chlorophylle in ihren Zellen. Ihre Chlorophylle befinden sich jedoch nicht innerhalb einer Organelle mit Doppelmembran wie dem Chloroplasten. Vielmehr befinden sich die Chlorophyllpigmente in der Thylakoidmembran einer Bakterienzelle.

Charakteristika des Chloroplasten

Der Chloroplast ist eines der Organellen einer photosynthetischen eukaryotischen Zelle. Er ist eine Art von Plastiden (die anderen Arten sind Chromoplasten und Leukoplasten). Die Chloroplasten unterscheiden sich von den anderen Plastiden durch ihre Farbe, Form, Struktur und Funktion. Die Chloroplasten sind grün, da sie reichlich Chlorophyllpigmente enthalten. Die beiden häufigsten Arten sind Chlorophyll a und b. Weitere Chlorophyllpigmente sind Chlorophyll c, d und f. Chlorophyll a ist in allen Chloroplasten vorhanden, während die anderen Arten je nach Art in unterschiedlichen Mengen vorhanden sind. Bei Gefäßpflanzen ähnelt die Form einer Linse oder einer Scheibe und die Größe beträgt etwa 5 µm in der Länge und ~2,5 µm in der Breite. (Ref.1) Bei Algen kann die Form variieren. Sie können rund, oval oder röhrenförmig sein.

Struktur des Chloroplasten

Wie ist der Chloroplast aufgebaut? Der Chloroplast hat mindestens drei Membransysteme: (1) die äußere Membran, (2) die innere Membran und (3) das Thylakoidsystem. Die äußere und die innere Membran bilden das Doppelmembransystem, das für eine Organelle typisch ist. Die Thylakoide sind scheibenförmige Strukturen, die die Aufgabe haben, Photonen aus einer Lichtquelle, z. B. dem Sonnenlicht, zu sammeln. Eingebettet in die Thylakoidmembran befindet sich der Antennenkomplex, der aus Proteinen und lichtabsorbierenden Pigmenten, insbesondere Chlorophyll und Carotinoiden, besteht. Die Aufgabe des Thylakoids besteht also darin, einen Ort für die Lichtreaktionen der Photosynthese zu bieten. Der Stapel von Thylakoiden (ähnlich einem Stapel von Münzen) wird als Granum (Plural: Grana) bezeichnet. Die Matrix des Chloroplasten wird als Stroma bezeichnet. Es handelt sich um die dicke Flüssigkeit zwischen den Grana. Sie enthält Enzyme, Moleküle und Ionen. Hier findet der lichtunabhängige Prozess der Zuckerbildung statt (die Dunkelreaktionen der Photosynthese).

Ähnlich wie die Mitochondrien sind die Chloroplasten teilautonome Organellen. Sie verfügen über eine eigene DNA, die als Chloroplasten-DNA oder cpDNA bezeichnet wird. Sie sind also nicht allein auf die im Zellkern enthaltenen Gene angewiesen. Sie stellen bestimmte Proteine aus ihrer eigenen DNA her. (Ref.2)

Funktionen des Chloroplasten

Welche Funktion hat der Chloroplast? Chloroplasten führen den Prozess der Photosynthese durch. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, den Ort für Licht- und Dunkelreaktionen bereitzustellen. Durch diese Organellen werden anorganische Quellen, Wasser und Lichtenergie in Nahrung, d.h. Glukose (ein Zuckermolekül), umgewandelt. Sie sind daher für photosynthetische Organismen wichtig, damit sie selbst Nahrung produzieren können und nicht auf andere Organismen angewiesen sind, um zu überleben. Da Sauerstoff eines der Nebenprodukte der Photosynthese ist, sind die Chloroplasten ein wichtiger Ort für die Produktion dieses Gases, das später von der Zelle an die Umwelt abgegeben wird. Sauerstoff ist biologisch wichtig, da er wiederum bei verschiedenen biochemischen und physiologischen Prozessen in Tieren eine Rolle spielt.

Für weitere Beschreibungen und Fakten zur Photosynthese lesen Sie das Tutorial über den pflanzlichen Stoffwechsel.

Evolution der Chloroplasten

Die Endosymbiontentheorie wurde aufgestellt, um den Ursprung der Chloroplasten zu beschreiben. (Ref.3) Demnach waren Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten zelluläre Strukturen in eukaryotischen Zellen, die als Ergebnis einer primären Endosymbiose entstanden, die vor Millionen von Jahren zwischen den prokaryotischen Endosymbionten und den eukaryotischen Wirtszellen stattfand. Die eukaryotische Zelle, die die größere Zelle war, nahm die kleineren photosynthetischen Prokaryoten (z. B. Cyanobakterien) auf und ermöglichte ihnen so die Photosynthese. Schließlich entwickelten sich die Prokaryonten weiter und differenzierten sich zu Plastiden, insbesondere zu Chloroplasten. Man nimmt an, dass diese frühen photosynthetischen Eukaryonten, die aus Prokaryonten gewordene Organellen beherbergen, die frühen Vorfahren der modernen Pflanzen und Algen auf der Erde sind. The discovery of the cpDNA in chloroplasts, the similarity in membranes, and the binary fission as a means of reproduction serve as evidence that supports this theory. (Ref.4)

Read also:
What is the Likely Origin of Chloroplasts? – BioTechniques. (2017, December 14). BioTechniques. https://www.biotechniques.com/molecular-biology/when-did-the-chloroplast-evolve/

See also

• Chlorophyll
• Etioplast
• Chromoplast
• Leucoplast
• Plastid

1. Staehelin, L. A. (2003). Chloroplast structure: from chlorophyll granules to supra-molecular architecture of thylakoid membranes. Photosynthesis Research, 76(1–3), 185–196. https://doi.org/10.1023/A:1024994525586
2. Discovery of Chloroplast DNA, Genomes and Genes | Discoveries in Plant Biology. (2019). Worldscientific.Com. https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812813046_0002
3. Jensen, P. E., & Leister, D. (2014). Chloroplast evolution, structure and functions. F1000Prime Reports, 6. https://doi.org/10.12703/p6-40
4. Evidence for endosymbiosis. (2020). Berkeley.Edu. https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/_0_0/endosymbiosis_04