Bemerkungen zur Anatomie, Histologie und Morphologie

<keywords content="zell, Zelle, Anatomie, Morphologie, Histologie, Endosymbiose, Organellen Hooke, Biomembran, Plastiden, Kompartimente, Kompartimentierungsregel, Vakuolen, schizogen, lysigen, Primärwand, Sekundärwand, Tertiärwand" />

Anatomie und Morphologie als analysierende und untersuchende biologische Teilgebiete können zur Beschreibung von Pflanzen sowie zum Verständnis der Ontogenese und Wandlungsprozesse herangezogen werden. Dabei bildet die pflanzliche Zelle die Grundeinheit als kleinste lebensfähige biologische Einheit. Die erste Beschreibung von Zellen geht auf Hooke (ca. 1670) zurück, der bei der Betrachtung von Kork-Dünnschnitten mit Hilfe einfacher optischer Hilfsmittel kleine regelmäßig angeordnete Einheiten bemerkte, die das Holz aufbauen. Heute werden in der Forschung entweder gute Lichtmikroskope oder sehr hoch vergrößernde und auflösende Elektronenmikroskope verwendet, mit deren Hilfe der Aufbau von Zellen besser definiert werden kann.

Bei näherer Untersuchung von Zellen läßt sich feststellen, daß diese u. a. weitere kleine Einheiten enthalten, sog. Organellen. Dabei handelt es sich um vom Cytoplasma abgegrenzte Bereiche innerhalb einer Zelle mit besonderer Funktion, die nicht de novo (spontan) entstehen können, sondern über Endosymbiosen in die Zelle gekommen sind. I. e. S. werden nur Plastiden (z. B. Chloroplasten) und Mitochondrien als Organellen bezeichnet. Neben Plastiden und Mitochondrien gibt es weitere durch Biomembranen abgegrnzte Bereiche innerhalb von Zellen mit besonderen Funktionen. Solche Strukturen, zu denen also auch Organellen gehören, werden als Kompartimente bezeichnet. Ein hoher Grad an Kompartimentierung ist besonders typisch für eukaryontische Zellen. Nach der sog. Kompartimentierungsregel (nach Schnepf 1964) trennen Biomembranen in der Zelle stets plasmatische Bereiche von einer wässrigen Phase. Daraus rückschließend muß also ein Kompartiment per definitionem mindestens durch 1 Biomembran von restlichen Zellstrukturen abgegrenzt sein

Pflanzliche Zellen besitzen im Vergleich zu Tierischen Plastiden, eine (Zentral-)Vakuole mit Tonoplast sowie Zellwandbestandteile. Dabei nimmt die Vakuole mit Tonoplast starken Einfluß auf die osmotischen Verhältnisse innerhalb der Zelle. Sie enthält konzentrierte Stoff- und Salzlösungen (z. B. Calciumoxalat-Kristalle, etc.). Da die Vakuole oft nahezu das gesamte Zelllumen ausfüllt, ist der Cytoplasmaanteil im Vergleich zu tierischen Zellen oft stark reduziert. Um u. a. das Transportsystem Cytoplasma aufrecht zu erhalten, gibt es spezielle Plasmastränge und -ströme innerhalb der Pflanzenzelle. Den Zellabschluß der Pflanzenzelle bildet eine <tex>\small \pm</tex> starke Zellwand, die der Plasmamembran aufgelagert ist. Der Zellwandbereich gliedert sich (von innerhalb der Zelle nach außen) in

• Plasmalemma (syn. Plasmamembran),
• Zellwand,

• Primärwand
• Sekundärwand
• Tertiärwand

• Mittellamelle,
• Interzellularen und dahinter ggf.
• Zell-Zell-Verbindungen.

Die aus Phospholipiden aufgebaute Plasmamembran ist immens wichtig für den Transport zwischen Zellen. Um solche Verbindungen mit anderen Zellen überhaupt erst möglich zu machen muß an manchen Stellen die Zellwand, deren (extrazellulären) Zellwandstrukturen sich bei Teilung neu bilden, durchbrochen sein (sog. Tüpfel).

Die Grundsubstanz der Zellwand ist Cellulose, welche sich zu sog. Elementarfibrillen zusammenlagert. Viele solcher Strukturen bilden dann sog. Mikrofibrillen. Die Mikrofibrillen sind über Pektine miteinander verbunden und enthalten u. a. weitere Stoffeinlagerungen wie Proteine und Hemicellulosen, die die Wände unterschiedlich stabil machen, enthalten können. Die einzelnen Zellwände besitzen an ihrer Oberfläche unterschiedliche Strukturen. Die sog. Haupttexturen sind bei Sekundärwänden Paralleltexturen, die durch regelmäßige Anordnung der Mikrofibrillen zustande kommen und Sekundärwände sehr stabil machen. Streutexturen sind hingegen tpyisch für Primärwände, die durch unregelmäßige Anordnungen der Basuteine zustandekommen und noch leicht dehnbar sind. Oft gibt es - je nach Form und Funktion von Zellen in Geweben - sekundäre Zellwandverdickungen (z. B. bei wasserleitenden Zellen).

Zwischen den Pflanzenzellen kommt es häufig zu kleinen Zwischenräumen, sog. Interzellularen. Sie können oft auch groß werden und funktionelle Aufgaben erfüllen (z. B. als Freiräume im Durchlüftungsgewebe). Interzellularen können auf verschiedene Weisen entstehen:

• schizogen:

Interzellularen entstehen schizogen, indem sich junge Zellen ohne Zellzwischenräume zusammenlagern, sich mit zunehmendem Alter jedoch abkugeln und so nichtzelluläre Räume hinterlassen.

• lysigen:

Lysigene Zellzwischenräume entstehen durch die Auflösung von Zellwänden und ganzer Zellen.

• rhexigen:

Neben den bisher beschriebenen Möglichkeiten können Interzellularen auch rhexigen durch Auseinanderreißen ganzer Zellen und Zellreihen entstehen (z. B. bei starker mechanischer Beanspruchung).

In Geweben stehen viele Zellen miteinander in Kontakt, v. a. um Informationen auszutauschen. Dabei sind die beiden Zellwände zweier Protoplasten, also der Zellen ohne Zellwand, durch Cytoplasmastränge, sog. Plasmodesmen, miteinander verbunden, die durch die Tüpfel ragen. Z. T. kann es so sogar zur Verbindung des Endoplasmatischen Reticulums über mehrere Zellen hinweg kommen. Sind Zellen besonders beansprucht oder stehen nicht genügend mit anderen, si umgebenden, Zellen in Kontakt, so kann es zur sekundären Bildung von Plasmodesmen kommen. Dabei lagert sich ein Teil des Endoplasmatischen Reticulums an die Zellwand an und löst diese durch enzymatischen Abbau auf.

Ein weiteres wichtiges Kennzeichen von Pflanzenzellen ist ihr Besitz von Plastiden. Alle Plastiden gehen auf einen Plastideninitialen zurück, dem sog. Proplastid:

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Beziehungen und Umwandlungsmöglichkeiten von Plastiden

Theoretisch lassen sich alle Plastidenformen in jeden beliebigen Plastid umwandeln. Ein typischer Plastid ist der Chloroplast. Chloroplasten sind aus vielen sog. Thylakoidstapeln aufgebaut, die zu sog. Grana formiert sind. Auf ihrer Oberfläche befinden sich ATPasen, die während des Prozesses der Photosynthese benötigt werden. Oft finden sich in Chloroplasten auch weitere Einschlüsse wie z. B. Stärke oder Fetttröpfchen.

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