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Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

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Anne K
Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

Inhalt

Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

In der Schule hast du sicherlich schon etwas zu Chloroplasten und Mitochondrien gehört und weißt, wie wichtig diese Organellen für eukaryotische Zellen (Pflanzen- und Tierzellen) sind. Chloroplasten sind Organellen, die nur in Pflanzenzellen vorkommen. Daher bezeichnet man sie auch als Plastiden. Neben den Chloroplasten, welche einen geschützten Reaktionsraum (Zellkompartiment) für die Fotosynthese darstellen, gibt es noch Leukoplasten, welche als Speicherorte für Stärke und Proteine dienen. Zusätzlich zählen zu den Plastiden auch die Chromoplasten, in denen Pflanzenfarbstoff eingelagert ist.
Mitochondrien sind sowohl in Tier- als auch in Pflanzenzellen vorhanden. Sie dienen als Kraftwerke der Zelle und generieren ATP (Adenosintriphosphat). ATP ist eine energiereiche Verbindung. In dieser Form wird die Energie gespeichert und für zelluläre Prozesse zur Verfügung gestellt.
Es wird deutlich, dass beide Organellen wichtige Energieumwandler für die Zelle sind. Aber wie sind sie entstanden?

Geschichte der Endosymbiontentheorie

Bereits Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte man Chloroplasten und Mitochondrien. Diese Zellkompartimente unterscheiden sich von den übrigen Bestandteilen, da sie sich unabhängig vom Zellzyklus vermehren. Die unabhängige Teilung ist auf die eigene DNA dieser Organellen zurückzuführen. Der deutsche Pathologe und Histologe Richard Altmann stellte die Theorie auf, dass Chloroplasten und Mitochondrien von frei lebenden Einzellern stammen könnten. Somit wurde in der Biologie die Endosymbiontentheorie eingeführt.

Was ist die Endosymbiontentheorie?

Die Definition der Endosymbiontentheorie besagt, dass sich komplexe eukaryotische Zellen durch eine Symbiose mit Prokaryoten entwickelt haben. Die Entstehung von Chloroplasten und Mitochondrien wird damit begründet, dass eine eukaryotische Vorläuferzelle einen Prokaryoten mittels Phagocytose aufgenommen und nicht verdaut hat. Der Aufnahmevorgang durch die Phagocytose ist eine Sonderform der Endocytose. Chloroplasten und Mitochondrien sind somit ursprüngliche Prokaryoten gewesen. Mitochondrien haben sich zeitlich früher entwickelt als Chloroplasten und sind vermutlich aus aerob lebenden Proteobakterien entstanden. Aerob bedeutet, dass Lebewesen ihre Energie durch Sauerstoff verbrauchende Stoffwechselprozesse gewinnen.
Die Entwicklung der Chloroplasten entstand wahrscheinlich durch die Aufnahme von phototrophen Cyanobakterien. Als phototroph werden Organismen bezeichnet, welche Licht als Energiequelle nutzen.

Grundsätzlich geht der ursprüngliche Eukaryot mit dem Prokaryoten eine Symbiose ein, sodass ihre Verbindung für beide Zellen Vorteile hat. Die Wirtszellen, also der ursprüngliche Eukaryot, profitieren von der Energiegewinnung des Prokaryoten. Dieser wiederum erhält von der Wirtszelle Nährstoffe zur eigenen Ernährung.
Mitochondrien und Chloroplasten sind aufgrund ihrer ursprünglichen phagocytotischen Aufnahme von zwei Membranen (Doppelmembran) umgeben. Die äußere Membran entstammt der Wirtszelle und die innere stellt die ursprüngliche Membran des Prokaryoten dar.

Der Ablauf der Endosymbiontentheorie

Das nachfolgende Schema verdeutlicht den Ablauf der Endosymbiontentheorie. Zur Vereinfachung sind nur die beteiligten Zellbestandteile dargestellt.

Endosymbiontentheorie - Entstehung von Chloroplasten und Mitochondrien

Belege für die Endosymbiontentheorie

Folgende Eigenschaften unterstützen die Endosymbiontentheorie:

  • Die Doppelmembran entstand durch Phagocytose.
  • Plastiden und Mitochondrien haben ihre eigene DNA.
  • Die heutigen Prokaryoten haben ähnliche Merkmale wie Plastiden und Mitochondrien (Zellgröße, Größe der Ribosomen, Proteine der inneren Membran).

Endosymbiontentheorie – Zusammenfassung

Fassen wir nun noch einmal die wichtigsten Punkte zusammen:

  • Die Phagocytose von aeroben bzw. phototrophen Prokaryoten durch einen ursprünglichen einzelligen Eukaryoten führte zu einer Symbiose.
  • Die aufgenommenen Prokaryoten wurden nicht verdaut.
  • Als Endosymbionten werden die aufgenommenen Prokaryoten bezeichnet. Daraus setzt sich der Begriff Endosymbiontentheorie zusammen.
  • Die Endosymbiontentheorie dient lediglich der Theorie zur Entstehung von Chloroplasten und Mitochondrien. Diese erklärt aber nicht die Entstehung der Eucyte, also der eukaryotischen Zelle mit ihren gesamten, zum Teil membranumhüllten Zellkompartimenten wie dem Zellkern.

Mit diesem Hintergrundwissen kannst du ganz entspannt die nachfolgenden Arbeitsblätter bearbeiten und ein gutes Referat vorbereiten. Jetzt kannst auch du anderen die Endosymbiontentheorie einfach erklären.

Transkript Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien Hallo, alle miteinander. Heute möchte ich euch erneut ein Thema aus der Biologie, genauer der Zelle, vorstellen. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts machten Forscher die Entdeckung, dass sich Mitochondrien und Plastiden, zu denen auch die Chloroplasten gehören, unabhängig vom Zellzyklus durch Zellteilung vermehren. Ein Biologe namens Altmann stellte daraufhin eine Hypothese auf, dass diese Organellen von freilebenden Einzellern abstammen könnten. Daraus entwickelte sich die Endosymbiontentheorie. Dies ist das Thema für dieses Video: Die Entstehung von Chloroplasten und Mitochondrien. Mitochondrien gehören zu den wichtigsten Energieumwandlern der Zelle. Sie können sowohl in Tier-, als auch in Pflanzenzellen vorhanden sein. Plastiden kommen nur in Pflanzenzellen vor und werden in drei Organellen unterschieden: Die Leukoplasten sind die farblosen Plastiden, welchen den Reservestoff Stärke speichern können. Chromoplasten sind Farbstoffträger vielen Pflanzenzellen und die bekanntesten Plastide, die Chloroplasten, sind die Träger des Chlorophylls und damit Ort der Fotosynthese. Die Hypothese, welche das Entstehen dieser Organellen beschreibt, wird, wie bereits erwähnt, Endosymbiontentheorie genannt. Sie geht davon aus, dass große organellfreie Prokaryoten kleinere bakterienähnliche Organismen z.B. als Beute in die Zelle aufnahmen, diese allerdings nicht verdauten. Diesen Vorgang, also die Aufnahme von Stoffen in eine Zelle durch Einschluss, bezeichnet man als Endocytose oder Phagocytose. Die beiden Zellen, Bakterienzellen und Wirtszellen, gehen somit eine Symbiose ein. Das heißt, dass beide Zellen aus dieser Verbindung Nutzen ziehen: Die Wirtszelle kann von der Energiegewinnung der aufgenommenen Bakterien profitieren, vor allem dann, wenn die Wirtszelle selber noch nicht über einen Energiegewinnungsmechanismus verfügt hat. Der Nutzen für die aufgenommene Bakterie besteht darin, von der Wirtszelle ernährt zu werden. Beide Arten, also Mitochondrien und Chloroplasten, gewinnen ihre Energie durch abiotische Faktoren, also die unbelebte Umwelt betreffend. So sind Mitochondrien vermutlich aus aeroben Prokaryoten entstanden, was so viel heißt, als dass ihre Abläufe an das Vorhandensein von Sauerstoff gebunden sind. Chloroplasten sind demnach aus phototrophen Prokaryoten, also fotosynthesebetreibenden entstanden. Aus der Vorstellung, dass die Vorläufer von Mitochondrien und Plastiden durch Phagocytose in die Wirtszelle gelangen, ergibt sich von selbst, dass die Organellen von zwei Membranen, einer sogenannten Doppelmembran, umgeben sind. Die Äußere entspricht demnach dem Phagocytosevesikel, also der Zellmembran der Wirtszelle. Die Innere entspricht der Zellmembran des Prokaryoten. Ein anderer Fakt stützt ebenfalls die Endosymbiontentheorie. Und zwar wurde nach vielen Forschungen nachgewiesen, dass Plastiden und Mitochondrien ihre eigenen Erbsubstanzen haben, ihre eigene DNA. Sie unterscheiden sich also von der der restlichen Zelle. Zusätzlich ähneln sich Mitochondrien und Plastiden und heute lebende Prokaryoten in einigen Merkmalen: Sie stimmen beispielsweise in ihrer Größe gut überein. Auch die Größe der Ribosomen ist ähnlich. Die Proteine der inneren Membran von Plastiden und Mitochondrien stimmt mit denen der Zellmembran von Prokaryoten überein. Sie unterscheiden sich jedoch erheblich von allen anderen Membranen der eukaryotischen Zelle. Die Endosymbiontentheorie beschränkt sich allerdings auf die Entstehung von Mitochondrien und Chloroplasten. Sie reicht nicht für die Erklärung der Entstehung der Eucyte. Dies sind Zellen der Eukaryoten mit Zellkern und weiteren zum Teil membranumhüllten Organellen. Man muss zur Entstehung des inneren Membransystems andere Vorstellungen heranziehen. So können Kernhülle, Golgi-Apparat, das endoplasmatische Retikulum und verwandte andere Strukturen durch Einstülpung der Zellmembran entstanden sein. Bei anderen Strukturen, so wie Spindelapparat, weiß man bis heute nicht eindeutig, wie sie entstanden sind. Bei der Endosymbiontentheorie geht man also davon aus, dass die Entstehung von Mitochondrien und Plastiden auf die Symbiose von größeren Prokaryoten und kleineren aeroben und phototrophen Prokaryoten beruht. Diese werden in die Wirtszelle aufgenommen, ohne verdaut zu werden, denn beide Zellen können ihren Nutzen aus der Symbiose ziehen. Dies nennt man Phagozytose oder auch Endozytose. Die aeroben und phototrophen Prokaryoten werden auch als Endosymbionten bezeichnet, wovon der Name abgeleitet wurde. Ich hoffe, dieses kurze Video hat euch gefallen und weitergeholfen. Bis zum nächsten Mal. Tschüss.

11 Kommentare

11 Kommentare
  1. Ich verstehe gar nichts. Viel zu schnell und unübersichtlich.

    Von Myriam, vor 5 Monaten
  2. Die letzte Übung lässt sich leider gar nicht auf Basis dieses Videos lösen. Da fehlen mancherlei Informationen.

    Von R Nabert, vor 9 Monaten
  3. Das ist ja mal ein sehr lehrreiches Video....

    Von Nicolas Colle, vor mehr als einem Jahr
  4. Hallo Jael Guenther,
    ja, das ist richtig. Allerdings wird im Video nur noch von Chloroplasten gesprochen, sobald es um die Endosymbiontentheorie geht. Daher ist in der Übung beides richtig.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor mehr als 2 Jahren
  5. Müsste in der 2. Aufgabe nicht statt Chloroplasten "Plastiden" eingetragen werden?

    Von Jael Guenther, vor mehr als 2 Jahren
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Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme das Vorkommen und die Funktion von Mitochondrien und Plastiden.

    Tipps

    Mitochondrien werden auch als Kraftwerk der Zellen bezeichnet.

    Plastiden werden in drei Organelle unterteilt.

    Lösung

    Die Mitochondrien gelten als Kraftwerk der Zelle und sind die wichtigsten Energieumwandler. Sie sind in Tier- und Pflanzenzelle vorhanden. Anders als die Plastiden, diese findest du nur in Pflanzenzellen. Es werden drei Organellen unterschieden, und zwar die Leukoplasten (Stärketräger), die Chromoplasten (Farbstoffträger) und Chloroplasten (Chlorophyllträger).

  • Definiere die Endosymbiontentheorie.

    Tipps

    Die Wirtszelle und Bakterienzelle ziehen beide einen Nutzen aus ihrer Gemeinschaft.

    Lösung

    Bereits Ende des 19. Jahrhunderts machten Forscher die Entdeckung, dass sich Plastiden und Mitochondrien unabhängig vom Zellzyklus durch Zellteilung vermehren. Der Biologe Altmann stellte daraufhin eine Hypothese auf, dass diese Organellen von freilebenden Einzellern abstammen. Daraus entwickelte sich die Endosymbiontentheorie. Diese Theorie geht davon aus, dass große organellfreie Prokaryoten bakterienähnliche Organismen aufnahmen und diese nicht verdauten. Die Aufnahme von Stoffen in eine Zelle durch Einschluss bezeichnet man als Endocytose bzw. Phagocytose. Die Wirtszelle und Bakterienzelle gehen eine Symbiose ein.

  • Erkläre den Stofftransport durch die Membran.

    Tipps

    Ein aktiver Transport ist von Stoffwechselenergie abhängig und kann nur unter Verbrauch von ATP ablaufen.

    Lösung

    Je nach Richtung unterscheiden wir beim Zelltransport zwei unterschiedlichen Varianten.

    • Bei der Exocytose handelt es sich um einen Transport aus der Zelle heraus.
    • Bei der Endocytose werden Stoffe in die Zelle aufgenommen. Dieser Vorgang wird bei der Erklärung der Endosymbiontentheorie verwendet.
    Bei beiden Transportwegen wird ATP verbraucht, sie zählen somit zum aktiven Transport.

  • Bestimme, welche Aussagen für die Endosymbiontentheorie sprechen.

    Tipps

    Die Vorläufer von Mitochondrien und Chloroplasten gelangten durch Phagocytose in die Wirtszelle und wurden nicht verdaut.

    Die Prokaryoten-DNA unterscheidet sich von der Wirtszellen-DNA.

    Lösung

    Für die Endosymbiontentheorie spricht:

    • Die Doppelmembran: Die Vorläufer von Mitochondrien und Chloroplasten gelangen durch Phagocytose in die Wirtszelle. Daraus ergibt sich, dass die Organellen von zwei Membranen (Doppelmembran) umgeben sind. Die äußere Zellmembran entspricht der der Wirtszelle, die innere entspricht der Zellmembran des Prokaryoten.
    • Plastiden und Mitochondrien besitzen ihre eigene DNA
    • Plastiden und Mitochondrien haben ähnliche Merkmale wie heute lebende Prokaryoten, zum Beispiel bezüglich der Größe.
  • Gib an, aus welchen zellulären Lebewesen Mitochondrien und Chloroplasten entstanden sind.

    Tipps

    Mitochondrien und Chloroplasten gewinnen ihre Energie aus abiotischen Faktoren.

    Lösung

    Die beiden Zellorganellen Mitochondrien und Chloroplasten gewinnen ihre Energie aus abiotischen Faktoren. So sind Mitochondrien vermutlich aus aeroben Prokaryoten entstanden, das bedeutet, ihre Abläufe sind an das Vorhandensein von Sauerstoff gebunden. Die Chloroplasten sind aus den fototrophen Prokaryoten (Fotosynthese betreibenden Prokaryoten) entstanden.

  • Vergleiche die Rolle der Glucose im Stoffwechsel der Chloroplasten und Mitochondrien.

    Tipps

    Die Funktion der Mitochondrien liegt in der Energieversorgung. Sie werden daher auch als Kraftwerk der Zelle bezeichnet.

    Ursache für die grüne Farbe von Pflanzen sind die Chloroplasten.

    Lösung

    Die Aufgabe der Mitochondrien liegt in der Energieversorgung der Zellen. In ihnen findet die Zellatmung statt. Dabei wird Glucose durch Oxidation zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut. Die dabei freiwerdende Energie wird von Enzymen genutzt, um in den Mitochondrien aus ADP und Phosphat ATP herzustellen. Die aerobe Oxidation wird eingeteilt in Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette.

    In den Chloroplasten läuft die Fotosynthese ab. Hierbei wird mithilfe von Sonnenlicht aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose und Sauerstoff gebildet.

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