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Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

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Bio-Team
Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Beschreibung Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

Chloroplasten – Biologie

Chloroplasten – Definition
Chloroplasten sind linsenförmige Zellorganellen, die in Pflanzen und einigen Algen vorkommen und in der Lage sind, Fotosynthese zu betreiben. Der Name Chloroplast leitet sich von den altgriechischen Wörtern chlōrós für „grün“ und plastós für „geformt“ ab. Warum Chloroplasten und somit auch Pflanzen grün erscheinen, wird im nächsten Abschnitt erklärt.

Chloroplasten – Funktion und Aufbau

Chloroplasten – Funktion
Die Aufgabe der Chloroplasten lässt sich in einem einzigen Wort zusammenfassen: Fotosynthese.
Bei der Fotosynthese reagieren Kohlenstoffdioxid $(CO_2)$ und Wasser $(H_2O)$ unter Aufnahme von Energie in Form von Sonnenlicht zu Sauerstoff $(O_2)$ und energiereichen Kohlenhydraten, genauer gesagt Glucose $(C_6H_{12}O_6)$.

Reaktionsgleichung der Fotosynthese:
$6~CO_2$ + $6~H_2O$ → $6~O_2$ + $~C_6H_{12}O_6$

Chloroplasten stellen den Ort der Fotosynthese dar. Dies zeigt folgendes Experiment: Chloroplasten werden aus den Zellen grüner Blätter isoliert und diese isolierten Chloroplasten sind in der Lage, Fotosynthese zu betreiben.

Bei der Fotosynthese entstehen zwei Produkte, Sauerstoff und Glucose. Der Sauerstoff wird über die Blätter wieder an die Umwelt abgegeben. Und nicht nur der Mensch, auch andere Lebewesen brauchen den Sauerstoff zum Atmen. Die Kohlenhydrate sind wiederum Nährstoffe für die pflanzlichen Zellen.

Übersicht der Fotosynthese

Chloroplasten – Aufbau
Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben. Im Inneren befindet sich eine Grundsubstanz, Matrix oder Stroma genannt. Im Stroma befinden sich Thylakoide, die durch Abschnürungen der inneren Chloroplastmembran entstehen. Diese sind in Stapeln, ähnlich einer Münzgeldrolle, angeordnet und werden als Granum bezeichnet. Die Mehrzahl von Granum ist Grana. Weiterhin befinden sich in Chloroplasten Fetttröpfchen und DNA. Die bei der Fotosynthese gebildete Glucose wird teilweise in Stärke umgewandelt und in den Chloroplasten zwischengespeichert. Mikroskopische Bilder zeigen diesen Zwischenspeicher als Stärkekorn. In der unten stehenden Abbildung ist der Aufbau eines Chloroplasten schematisch dargestellt.

Chloroplasten Bau und Struktur

Wo genau findet die Fotosynthese im Chloroplasten statt?

Lichtreaktion
Der erste Teil der Reaktion findet in den Grana statt. Die kleinste Einheit eines Granums ist ein Thylakoid. Ein Viertel der Membranbestandteile der Thylakoide sind Farbstoffe. Es gibt zum einen Chlorophylle, die den Pflanzen die grüne Farbe verleihen, und zum anderen Carotine in den Farben Gelb bis Rot. Die Aufgabe der Blattfarbstoffe ist es, Sonnenlicht einzufangen. Diese sogenannte Absorption liefert die Energie für die Fotosynthese.

Dunkelreaktion
Der zweite Teil der Reaktion, die Bildung von Glucose, findet im Stroma des Chloroplasten statt. Daher findet man dort auch die Stärkekörner. Diese Reaktion verbraucht Energie, die zuvor in der Lichtreaktion gebildet wurde, und wird Dunkel- oder Nachtreaktion genannt.

Warum verfärben sich im Herbst die Blätter?
Im Sommer werden die Carotine von den Chlorophyllen überlagert und die Blätter erscheinen grün. Im Herbst wird das Chlorophyll in den Blättern abgebaut, sie verlieren ihre Grünfärbung. Stattdessen erscheinen sie aufgrund der Carotine nun gelb bis rot.

Chloroplasten – Übersicht

In der folgenden Tabelle findest du alle Fakten zum Chloroplasten in einem Steckbrief zusammengefasst.

Chloroplasten Steckbrief
Vorkommen Pflanzen, einige Algen
Anzahl pro Zelle mehrere 100 Stück
Größe 4–8 µm
Aufgabe Fotosynthese betreiben
DNA ringförmige Plasmid-DNA
Farbstoffe Chlorophylle, Carotine

Zellorganellen – Evolution und Variation

Endosymbiontentheorie
Die Endosymbiontentheorie liefert eine Erklärung zur Entstehung von Zellorganellen in Eukaryoten. Im Laufe der Evolution wurden Bakterien durch Endozytose von Einzellern aufgenommen und entwickelten sich zu Zellorganellen wie Mitochondrien und Chloroplasten. Der Vergleich zwischen Mitochondrien und Chloroplasten zeigt, dass beide eine Doppelmembranen aufweisen und ihre eigene DNA besitzen.

Chlorophyllfreie Plastiden
Neben den chlorophyllhaltigen Chloroplasten gibt es auch chlorophyllfreie Plastiden. Diese sind fotosyntheseinaktiv und übernehmen andere Funktionen. Da gibt es zum einen die farblosen Leukoplasten, die der Speicherung von Nährstoffen (Fette, Kohlenhydrate und Proteine) dienen. In der Kartoffelknolle dienen sie der Stärkespeicherung. Zum anderen gibt es die carotinhaltigen Chromoplasten. Sie sind für die Farbgebung bestimmter Pflanzenteile wie Blüten, Wurzeln oder Früchte zuständig. In der Tomate dienen sie der Anlockung von Tieren.

Dieses Video

Warum sind Pflanzen grün? Was haben Chloroplasten damit zu tun? Was sind Chloroplasten und was machen sie? Antworten findest du in diesem Video. Darin werden Aufbau und Funktion von Chloroplasten einfach erklärt und du erfährst, wo sie vorkommen. Teste dein Wissen – Arbeitsblatt und Übungen findest du im Downloadbereich. Erstelle zum Beispiel die Beschriftung eines Chloroplasten!

Transkript Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

Hallo! Die meisten Pflanzen haben grüne Blätter. Hast du dich mal gefragt, warum die meisten Blätter die gleiche Färbung haben? Oder wofür die Pflanze überhaupt grüne Blätter braucht?

Pflanzen stellen ihren Nährstoff “Traubenzucker” aus Sonnenlicht, CO2 und Wasser selbst her. Dieser Prozess heißt Fotosynthese. Aber wo findet die Fotosynthese eigentlich genau statt? Genau dafür sind kleinste Blattbestandteile notwendig, die grünen Chloroplasten. In diesem Video zeige ich dir, wie diese Chloroplasten aufgebaut sind und welche Funktion die einzelnen Bestandteile haben.

Fotosynthese

Chloroplasten sind linsenförmige Zellorganellen, die Plastiden. Diese gibt es nur bei Pflanzen. Eine Pflanzenzelle kann mehrere hundert Chloroplasten besitzen. Ganz schön viele, oder?

An dieser Menge kannst du auch erahnen, dass Chloroplasten eine wichtige Bedeutung für die Pflanze haben. Sie sind der Ort der Fotosynthese, in der Wasser und Kohlenstoffdioxid mit Hilfe des Sonnenlichtes zu Sauerstoff und energiereichen organischen Stoffen, nämlich Kohlenhydraten, umgewandelt werden. So ernährt sich sozusagen die pflanzliche Zelle.

Aufbau und Funktion des Chloroplast

Nun wollen wir uns den Aufbau eines Chloroplasten einmal genauer anschauen. Er ist von einer Doppelmembran umgeben. Der Raum im Inneren des Chloroplasten heißt Matrix oder Stroma. In dieser Grundsubstanz liegen zahlreiche Thylakoide. Durch Einschnürungen der inneren Chloroplastenmembran entstehen diese zahlreichen, lamellenartigen Membransäckchen.

Die Thylakoide sind oft gestapelt, vergleichbar mit Münzen einer Geldrolle. Ein solcher Stapel heißt Granum, die Mehrzahl heißt Grana.

Außerdem findest du im Chloroplasten noch Stärke, die als Stärkekorn sichtbar ist. Diese Stärkekörner werden aus den ersten Produkten der Fotosynthese hergestellt und im Chloroplasten zunächst zwischengelagert, bevor sie umgewandelt und in der Nacht in die umliegende Pflanzenzelle oder auch in andere Teile der Pflanze, die Energie brauchen, transportiert werden.

Zudem findest du oft auch noch kleine Fetttröpfchen im Stroma des Chloroplasten. Eine eigene Erbsubstanz, die DNA, besitzen Chloroplasten ebenfalls, wusstest du das?

Orte der Fotosynthese

Chloroplasten kann man aus einem Blatt isolieren. Und man hat festgestellt, dass diese isolierten Chloroplasten auch Fotosynthese betreiben können. Sie stellen aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Hilfe des Sonnenlichts Sauerstoff und energiereiche Kohlenhydrate her. Aber wo läuft diese Reaktion ab?

Dazu müssen wir noch einmal in den Chloroplasten gehen, und zwar in die Grana. Man hat festgestellt, dass ein Viertel der Membranbestandteile der Thylakoide bestimmte Farbstoffe sind.

Bei diesen Blattfarbstoffen handelt es sich um die grünen Chlorophylle, die den Blättern auch ihre grüne Farbe geben. Außerdem gehören dazu die Carotine, die gelb bis rot sind. Diese kann man aber normalerweise nicht in den Blättern sehen.

Nur im Herbst, wenn die grünen Blattfarbstoffe abgebaut werden, kannst du Carotine in den Blättern sehen und die Blätter verfärben sich gelb bis rot. Diese Blattfarbstoffe fangen sozusagen dass Sonnenlicht ein und sorgen dafür, dass die Pflanze die Energie daraus nutzen kann. Das Einfangen des Sonnenlichts findet also in den Grana des Chloroplasten statt.

Die weiteren Reaktionen der Fotosynthese laufen im Stroma des Chloroplasten ab, so dass du dort dann auch die Stärkekörner finden kannst.

Chlorophyllfreie Plastiden

Dass Chloroplasten die Blätter grün erscheinen lassen, weißt du jetzt. Aber wusstest du, dass auch Wurzeln und andere nicht grün gefärbte Pflanzenteile ähnliche Zellbestandteile besitzen?

Das sind dann chlorophyllfreie Plastiden, die dann natürlich nicht die Aufgabe der Fotosynthese haben. Sie können dann der Stärkespeicherung, wie z.B. in einer Kartoffelknolle, dienen. In manchen Fällen sorgen sie auch für die Färbung eines Pflanzenorgans und damit z.B. der Anlockung von Tieren, wie bei der Tomate.

Zusammenfassung

Du weißt jetzt, warum die meisten Pflanzen grüne Blätter haben. Das liegt an dem grünen Blattfarbstoff, dem Chlorophyll. Das Chlorophyll befindet sich in den Grana der Chloroplasten und ist wichtig beim Einfangen der Sonnenenergie bei der Fotosynthese.

Die weiteren Reaktionen der Fotosynthese finden im Stroma, also in der Grundsubstanz des Chloroplasten, statt. Im Chloroplasten kannst du außerdem Stärkekörner, Fetttröpfchen und eine eigene DNA finden. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

15 Kommentare

15 Kommentare
  1. Sehr gut erklärt

    Von Fynn S., vor fast 2 Jahren
  2. Hallo Maryam Schulz,
    da hast du völlig recht! Vielen Dank für den Hinweis! Der Fehler wurde umgehend korrigiert.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 2 Jahren
  3. Ich dachte Zellen nehmen Partikel durch ENDOcytose auf und nicht durch Exocytose...

    Von Maryam Schulz, vor fast 2 Jahren
  4. Gutes Video

    Von Lotzinka, vor fast 3 Jahren
  5. Danke vielmals für das super Video habe einen Test zum Thema Baum, Fotosynthese und Wald

    Von J Trueb, vor fast 3 Jahren
Mehr Kommentare

Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen) kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die unterschiedlichen Teile des Chloroplasten.

    Tipps

    Mehrere Thylakoide bilden ein Granum. Dieser sieht aus wie ein Stapel Münzen. In Chloroplasten gibt es viele solcher Stapel. Die Mehrzahl von Granum ist Grana.

    Chloroplasten speichern Stärke. Sie brauchen also eine große „Speicherkammer“.

    Lösung

    Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben, die aus einer inneren und einer äußeren Membran besteht. Den Innenraum von Chloroplasten nennt man Matrix oder auch Stroma.

    Die innere Membran bildet Einstülpungen aus, die man als Thylakoide bezeichnet. Diese Membraneinstülpungen liegen wie Geldrollen übereinander. Einen solchen Stapel nennt man Granum.

    Die Hauptaufgabe der Chloroplasten ist die Fotosynthese. Das Produkt der Fotosynthese ist Traubenzucker. Eine Kette aus Traubenzucker nennt man auch Stärke. Diese wird im sogenannten Stärkekorn der Chloroplasten gespeichert.

    Chloroplasten haben auch eine eigene DNA, auf der alle Gene liegen, die die Chloroplasten für die Fotosynthese brauchen.

    Außerdem findet man auch Fetttröpfchen. Diese bilden eine Energiereserve.

  • Beschreibe, wo und wie in der Pflanze die Fotosynthese stattfindet.

    Tipps

    Die Fotosynthese und die Atmung sind Gegenspieler. Das Produkt unserer Atmung benötigt die Pflanze für die Fotosynthese.

    Überlege, warum die Bäume im Herbst Ihre Blätter abwerfen. Von welchem Faktor, der für die Fotosynthese notwendig ist, gibt es im Winter zu wenig?

    Lösung

    In der Membran der Thylakoide sitzen die Blattfarbstoffe. Zu Ihnen gehören die grünen Chorophylle und die gelben oder roten Carotine. Sie fangen das Sonnenlicht ein und wandeln die Lichtenergie in chemische Energie um.

    Bei der Fotosynthese wird aus Kohlendioxid und aus Wasser Sauerstoff und Traubenzucker hergestellt. Der Traubenzucker wird in Form von Stärke in den Chloroplasten gespeichert und dann in den Rest der Pflanze transportiert.

  • Erkläre, warum die Fotosynthese auch für Menschen wichtig ist.

    Tipps

    Überlege, wozu die Pflanze die gewonnene Energie in Form von ATP benötigt.

    Lösung

    Für uns Menschen ist die Fotosynthese der Pflanzen überlebenswichtig. Die Pflanze produziert Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen, und verbraucht das Kohlendioxid, das wir ausatmen. Atmung und Fotosynthese bilden somit einen Kreislauf. Außerdem gehören Pflanzen zu unserer täglichen Ernährung. In Form von Obst, Gemüse und Salat nehmen wir wichtige Stoffe, wie beispielsweise Vitamine, auf. Einen Sonnenschutz bieten die Blattfarbstoffe nur für die Pflanze selbst, aber nicht für uns. Wir können uns höchstens im Sommer in den Schatten eines Baumes setzen. Der Schatten eines Gebäudes hätte aber dieselbe Funktion.

  • Nenne die beiden Strukturen eines Chloroplasten, die die Endosymbiontenhyothese untermauern.

    Tipps

    Überlege, wie ein Einzeller aufgebaut ist. Denn schließlich waren die Chloroplasten ja laut dieser Theorie früher einmal Einzeller.

    Zellen nehmen Partikel über die Endocytose auf. Dabei stülpen sie ihre eigene Membran über den Partikel und schnüren das entstehende Membranpaket nach innen ab.

    Lösung

    Die Endosymbiontenhypothese besagt, dass Chloroplasten und Mitochondrien früher als Einzeller gelebt haben sollen, die im Laufe der Evolution von größeren, eukaryotischen Zellen aufgenommen wurden und diesen nun als Energielieferanten dienen.

    Es gibt zwei Strukturen in den Chloroplasten und den Mitochondrien, die diese Theorie unterstützen:

    die DNA und die Doppelmembran.

    Da Chloroplasten und Mitochondrien ihre ganz eigene DNA besitzen, lässt sich daraus schließen, dass sie einmal eigenständige Organismen waren, deren Aufbau von ihrer eigenen DNA codiert wurde.

    Die Doppelmembran: Zellen nehmen Partikel über Endocytose auf, das heißt, die Membran der Zelle stülpt sich ein und umschließt den Partikel. Dieser befindet sich dann in einem Vesikel innerhalb der Zelle. Wenn nun ein Einzeller, der ja auch schon eine Membran besitzt, von einer anderen Zelle aufgenommen wird, bildet sich logischerweise eine Doppelmembran.

  • Erkläre, warum man die gelben und roten Farbstoffe des Blattes erst im Herbst sieht.

    Tipps

    Überlege, wie hoch der Anteil an Chlorophyll im Blatt ist im Vergleich zu den Carotinen.

    Im Winter ziehen sich auch Bäume in eine Art Ruhephase zurück. Der Baum produziert nun nur noch das mindeste um so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen.

    Lösung

    Der Anteil an Chlorophyll im Blatt ist größer als der Anteil an Carotinen. Das Chlorophyll wird für die Fotosynthese gebraucht und ist daher in größeren Mengen vorhanden. Der grüne Farbstoff überlagert die gelben und roten, so dass diese erst sichtbar werden, wenn die Chlorophylle abgebaut werden. Dies geschieht im Herbst, wenn weniger Sonnenlicht für die Fotosynthese zur Verfügung steht. Daher erscheinen die Blätter im Herbst gelb und rot.

  • Erkläre den Einfluss bestimmter Faktoren auf die Fotosyntheserate.

    Tipps

    Überlege, welche Faktoren die Pflanze für die Fotosynthese benötigt. Was passiert, wenn einer von ihnen fehlt?

    Was unterscheidet das Sprudelwasser vom Leitungswasser?

    Lösung

    Die Pflanze benötigt Wasser, Kohlendioxid und Licht für die Fotosynthese.

    Ersetzt man das Leitungswasser in unserem Experiment durch Sprudelwasser, steht der Pflanze mehr Kohlendioxid zur Verfügung. Sie kann also mehr Fotosynthese betreiben. Die Fotosyntheserate steigt an. Ab einem bestimmten Punkt ist die Pflanze gesättigt. Das bedeutet, sie kann kein zusätzliches Kohlendioxid umsetzen. Somit erreicht die Fotosyntheserate irgendwann einen Punkt, an dem sie konstant bleibt.

    Bei destilliertem Wasser tritt das Gegenteil ein. Es fehlt an Kohlendioxid. Die Fotosyntheserate fällt ab und kommt zum Erliegen.

    Kühlt man das Wasser mit Eiswürfeln ab, sinkt die Fotosyntheserate. Jede Pflanze hat ein Temperaturoptimum, bei dem die Fotosyntheserate am höchsten ist. Bei zu niedriger oder zu hoher Temperatur sinkt sie dementsprechend. Ist die Temperatur zu hoch, gehen wichtige Enzyme kaputt und die Pflanze stirbt ab.

    Auch Licht ist ein wichtiger Faktor. Stellt man die Pflanze unter eine Lichtquelle, steigt die Fotosyntheserate erstmal an. Allerdings ist hier das Kohlendioxid der limitierende Faktor. Ist das Kohlendioxid aus der Umgebung aufgebraucht oder die Pflanze gesättigt, kann sie, trotz Licht, keine Fotosynthese mehr betreiben.

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