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Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

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Team Digital
Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

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 Sauerstoff zum Atmen. Die Kohlenhydrate dienen wiederum als Nährstoffe für die pflanzlichen Zellen.

Was machen Chloroplasten bei der Fotosynthese? Übersicht der Fotosynthese

Chloroplasten – Aufbau

Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben. Im Inneren befindet sich eine Grundsubstanz, die Matrix oder Stroma genannt wird. 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.

Wie sehen Chloroplasten aus? Bau und Struktur eines Chloroplasten mit Beschriftung

Chloroplasten – Ort der Fotosynthese

Chloroplasten – 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. Man nennt die Lichtreaktion auch lichtabhängige Reaktion.

Chloroplasten – 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. Man nennt die Dunkelreaktion auch lichtunabhängige Reaktion.

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 zu Chloroplasten in einem Steckbrief zusammengefasst.

Chloroplasten Steckbrief
Vorkommen Pflanzen, einige Algen
Anzahl pro Zelle je nach Gewebe um die 50 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 Doppelmembran 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 dem Anlocken von Tieren.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Chloroplasten

Was sind Chloroplasten?
Was machen Chloroplasten?
Warum sind Chloroplasten grün?
Wie sind Mitochondrien und Chloroplasten entstanden?
Warum haben Chloroplasten eine Doppelmembran und eine eigene DNA?
Wie sehen Chloroplasten aus?
Warum haben Schattenblätter weniger Chloroplasten?
Warum bewegen sich Chloroplasten?
1 Kommentar
1 Kommentar
  1. Bin erst in der 7.Klasse. Es hilft trotzdem mir

    Von Sofatutorstern, vor etwa 2 Monaten

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.
  • Gib an, wieso Pflanzen größtenteils grün sind.

    Tipps

    Eine der Antworten ist richtig.

    Die Farbe des Pigments Chlorophyll ist Grün.

    Lösung

    Alle grünen Pflanzenteile besitzen Zellen mit bis zu einhundert Chloroplasten, welche der Ort der Fotosynthese sind.
    Dort wird der Nährstoff Traubenzucker aus Wasser und Kohlenstoffdioxid mithilfe von Lichtenergie hergestellt. Sauerstoff ist hierbei ein Nebenprodukt, von dem wir profitieren.
    In den Chloroplasten befinden sich Thylakoidmembranen. Diese unterscheiden sich von anderen Membranen durch einen überaus hohen Proteinanteil und den Gehalt an Pigmenten. Etwa ein Viertel der Membranbestandteile der Thylakoide sind bestimmte Farbpigmente: die grünen Chlorophylle.

  • Skizziere den Vorgang der Fotosynthese.

    Tipps

    Ein wesentlicher Anteil des Sauerstoffs in der Luft ist durch die Fotosynthese von Algen in den Ozeanen entstanden.

    Es gibt zwei Ausgangsstoffe und zwei Produkte. Die nötige Energie für die Reaktion liefert das Sonnenlicht.

    Lösung

    Pflanzen sind in der Lage, die Lichtenergie der Sonne zu nutzen: Sie stellen ihren Nährstoff Traubenzucker aus Wasser und Kohlenstoffdioxid mithilfe der Lichtenergie selbst her. Sauerstoff ist hierbei ein Nebenprodukt, von dem wir profitieren. Der ganze Prozess heißt Fotosynthese.

  • Benenne die Bestandteile eines Chloroplasten.

    Tipps

    Ein Granum ist ein Stapel einzelner Thylakoide.

    Das Stroma ist eine durchsichtige, gelartige Substanz, die den Innenraum von Chloroplasten ausfüllt.

    Die Stärkekörner sind eine der größten Strukturen im Chloroplasten.

    Lösung

    Elektronenmikroskopische Untersuchungen haben offenbart, dass Chloroplasten von einer Doppelmembran umgeben sind, die einen Bereich umschließt, der als Stroma bezeichnet wird. In dieser Grundsubstanz sind zahlreiche Thylakoide zu finden. Diese lamellenartigen Membransäckchen entstehen durch Einschnürungen der inneren Chloroplastenmembran. Die Thylakoide sind häufig gestapelt, wobei ein solcher Stapel als Granum (Mehrzahl: Grana), bezeichnet wird.

    Zusätzlich enthält ein Chloroplast Stärke, die als Stärkekorn sichtbar ist. Diese Stärkekörner werden aus den ersten Produkten der Fotosynthese hergestellt und im Chloroplasten zwischengelagert. Im Stroma befinden sich zudem kleine Fetttröpfchen sowie DNA und Ribosomen.

  • Erkläre, wie die Pigmente der Chloroplasten mit der Fotosynthese zusammenhängen.

    Tipps

    Hier siehst du den schematischen Aufbau der Thylakoidmembran: Kannst du erkennen, dass sie sich aus zwei Lagen zusammensetzt?

    Lösung

    Wie die meisten biologischen Membranen besteht die Thylakoidmembran aus einer Doppellipidschicht mit integrierten Proteinen. Von anderen Membranen unterscheidet sie sich durch einen überaus hohen Proteinanteil und den Gehalt an Pigmenten: Etwa ein Viertel der Membranbestandteile der Thylakoide sind bestimmte Farbpigmente – die grünen Chlorophylle.

    Carotinoide kommen ebenfalls vor: Sie sind gelb bis rot. Nur im Herbst, wenn die grünen Blattfarbstoffe abgebaut werden, sind sie für uns sichtbar.

    Die äußeren Blattfarbstoffe in einem Fotosystem in der Thylakoidmembran fungieren gewissermaßen als Antennenpigmente und absorbieren Licht mit bestimmten Wellenlängen: Sie leiten die Energie zu zwei zentralen Chlorophyllteilchen weiter, die wiederum in der Lage sind, angeregte Elektronen auf andere Nichtpigmentmoleküle zu übertragen.
    Die dann folgenden Reaktionen der Fotosynthese finden im Stroma des Chloroplasten statt, wo auch die Stärkekörner zu finden sind.

  • Gib an, wobei es sich um einen Chloroplasten handelt.

    Tipps

    In den Chloroplasten befinden sich Strukturen, die wie Münzstapel aussehen: die sogenannten Grana.

    Durch das viele Chlorophyll sind Chloroplasten grün.

    Lösung

    In Pflanzen haben Chloroplasten eine Größe von etwa fünf bis zehn Mikrometern. Sie sind von einer Doppelmembran umgeben, die einen Bereich einschließt, der als Stroma bezeichnet wird.
    In dieser Grundsubstanz sind zahlreiche Thylakoide vorhanden. Diese lamellenartigen Membransäckchen entstehen durch Einschnürungen der inneren Chloroplastenmembran. Oft sind die Thylakoide gestapelt. Ein solcher Stapel wird als Granum (Mehrzahl: Grana) bezeichnet.
    In der Thylakoidmembran befinden sich viele Proteine und Pigmente, insbesondere das grüne Chlorophyll. Daher erscheinen Chloroplasten grün.

  • Überprüfe die Aussagen über Chloroplasten auf ihre Richtigkeit.

    Tipps

    Vier der Antworten sind richtig.

    Wasser und Kohlenstoffdioxid sind anorganische Verbindungen.

    Zwingende Strukturen zur Herstellung eigener Proteine sind DNA und Ribosomen.

    Lösung

    Chloroplasten werden gemäß der Endosymbiontentheorie als Nachfahren eigenständig lebensfähiger Organismen betrachtet. Diese Theorie basiert unter anderem auf der Tatsache, dass Chloroplasten eine eigene DNA und Ribosomen besitzen. Daher können sie auch eigene Proteine unabhängig herstellen. Ein charakteristisches Merkmal von Chloroplasten ist ihre Doppelmembran, die ebenfalls auf die endosymbiotische Aufnahme eines fotosynthetischen Bakteriums durch eine Vorläuferzelle hinweist.

    Chloroplasten sind von entscheidender Bedeutung für eine der fundamentalsten Fähigkeiten von Pflanzen, nämlich die Fotosynthese. Dieser Prozess ermöglicht es Pflanzen, sich ausschließlich von anorganischen Verbindungen und Sonnenlicht zu ernähren, um organische Moleküle zu synthetisieren. Eine zentrale Rolle spielt dabei der grüne Farbstoff Chlorophyll, weshalb Chloroplasten stets eine grüne Färbung aufweisen.