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Plasmolyse

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Plasmolyse

Frisch gekaufte Schnittblumen stellt man am besten sofort ins Wasser. Das ist wohl jeder Person klar, die das schon einmal vergessen hat und deshalb ein Bündel an traurig herunterhängenden Blumen in der Hand hatte. Doch wieso werden Blumen eigentlich welk? Und was genau hat Wasser damit zu tun? Dieses Phänomen kann mit dem Prozess der Plasmolyse erklärt werden.

Die Plasmolyse beschreibt einen Vorgang in Zellen mit einer Zellwand, bei der die Zellmembran durch Wassermangel schrumpft und sich von der Zellwand ablöst.

Zu Zellen, die zur Plasmolyse fähig sind, zählen zum Beispiel Pflanzenzellen, manche Bakterienzellen und die Zellen von Pilzen und Algen.

Von der Osmose zur Plasmolyse

Das der Plasmolyse zugrundeliegende Prinzip wird auch als Osmose bezeichnet. Osmose kann überall stattfinden, wo eine Flüssigkeit und eine semipermeable Membran vorhanden sind.

Eine semipermeable Membran ist eine Trennwand, die nur durch bestimmte Stoffe passiert werden kann. In Zellen werden sie oft an Grenzflächen zwischen verschiedenen Kompartimenten gebildet. Mehr Informationen dazu findest Du im StudySmarter Artikel zur semipermeablen Membran.

Damit Osmose stattfinden kann, müssen in der Flüssigkeit außerdem osmotisch aktive Stoffe gelöst sein. Dazu zählen zum Beispiel Zucker oder gelöste Salze. Sind auf der einen Seite der Membran mehr dieser osmotisch aktiven Teilchen vorhanden als auf der anderen, wird versucht, ein Gleichgewicht herzustellen. Das geschieht, indem Wasser durch die Membran auf die Seite strömt, auf der mehr dieser Teilchen vorhanden sind. Die höher konzentrierte Seite wird somit "verdünnt" und die Konzentrationen sind ausgeglichen.

Plasmolyse Osmose Prinzip Membran Konzentrationen StudySmarterAbbildung 1: Prinzip der Osmose

Die Bewegung der Wasserteilchen durch die Membran kann auch als Diffusion bezeichnet werden. Da die Membran semipermeabel ist, lässt sie die osmotisch aktiven Stoffe nicht auf die andere Seite diffundieren. Daher kann ihre Konzentration auch nur dadurch geändert werden, dass Wasser hin oder her strömt.

Ablauf der Plasmolyse und Deplasmolyse

Zellen, die eine Zellwand besitzen, können sich dieses Prinzip der Osmose für die Plasmolyse zunutze machen. Die Zelle, ohne die Zellwand, wird auch als Protoplast bezeichnet. Die Umgebung außerhalb der Membranen wird im pflanzlichen Gewebe Apoplast genannt.

Eine Auffrischung zum Aufbau von Zellen findest Du in den StudySmarter Artikeln zur Pflanzenzelle, der Zellwand und den Zellorganellen.

Je nachdem, in welcher Umgebung sich Zellen befinden, kann Wasser in ihren Protoplasten hinein oder aus der Membran hinausströmen. Strömt Wasser aus dem Zellinneren hinaus, schrumpft der Protoplast und bei genug Wasserverlust kann sich die Membran sogar von der Zellwand ablösen. Dieser Vorgang wird dann als Plasmolyse bezeichnet. Bei Pflanzen macht sich der Prozess der Plasmolyse oft dadurch bemerkbar, dass sie schlaff und welk erscheinen. Das Gegenteil der Plasmolyse, bei dem Wasser in die Zelle strömt und sich die Membran prall gegen die Zellwand drückt, heißt Deplasmolyse.

Die Zellwand ermöglicht es Zellen, Plasmolyse zu betreiben. Hätten Zellen, die zur Plasmolyse fähig sind, keine robuste Zellwand, würden sie im Falle der Deplasmolyse einfach so lange anschwellen bis sie platzen, da ihre Wasseraufnahme erst bei einem Konzentrationsausgleich gestoppt werden würde. Die Zellwand ist allerdings so stabil, dass sie dem Druck von innen standhalten kann. Die Protoplasten können daher ab einer bestimmten Größe einfach kein Wasser mehr aufnehmen und sind durch die Zellwand davor geschützt, zu zerplatzen.

Außerdem besitzen Pflanzenzellen ein Organell, das spezifisch für sie ist: die Vakuole. Die Vakuole ist ein Speichermedium für Zellsaft, in der sich Wasser, Proteine oder andere gelöste Teilchen sammeln. Wasser, das sich in einer Pflanzenzelle sammelt oder bei der Plasmolyse aus ihr hinausströmt, sammelt sich zu einem großen Teil in der Vakuole.

Wichtig ist es, zu bedenken, dass es immer von der Umgebung der Zelle abhängig ist, welcher dieser beiden Vorgänge – Plasmolyse oder Deplasmolyse – stattfindet. Genauer gesagt, ist es wichtig, wie das Verhältnis der Konzentrationen osmotisch aktiver Stoffe innen und außerhalb der Zellmembran zueinander ist. Um diese Lösungsverhältnisse zu beschreiben, gibt es drei verschiedene Begriffe.

Isotonische Lösung

Befindet sich die Zelle in einer isotonischen Lösung, sind die Konzentrationen gelöster Stoffe innerhalb und außerhalb der Zelle gleich. Es muss weder zusätzliches Wasser in die Zelle strömen, noch muss die Zelle Wasser verlieren. Es kommt also weder zur Plasmolyse noch zur Deplasmolyse.

Plasmolyse isotonisch Medium Zelle StudySmarterAbbildung 2: Zelle in einem isotonischen MediumQuelle: wikipedia.de

Hypertonische Lösung

Befindet sich eine Zelle in einer hypertonischen Lösung, ist die Konzentration an osmotisch aktiven Stoffen außerhalb der Zelle höher als innerhalb der Zelle. Zum Ausgleich strömt Wasser hinaus und es kommt zur Plasmolyse.

Plasmolyse hypertonisch Medium Zelle StudySmarterAbbildung 3: Zelle in einem hypertonischen MediumQuelle: wikipedia.de

Besonders gut zu beobachten ist dieser Effekt der Plasmolyse unter dem Mikroskop bei der Zwiebelhaut einer roten Zwiebel. Da das Innere der Zellmembran rot gefärbt ist, wird genau sichtbar, wie weit die Zellmembran von der Zellwand entfernt ist. Wird die Zwiebelhaut in destilliertes Wasser – also Wasser ohne jegliche Salze oder andere Stoffe – gelegt, wird sichtbar, wie die rot eingefärbten Protoplasten zusammenschrumpfen. Der Prozess der Plasmolyse kann dabei genau mitverfolgt werden.

Hypotonische Lösung

Befindet sich die Zelle in einer hypotonischen Lösung, ist die Konzentration an osmotisch aktiven Stoffen in der Zelle höher als außerhalb. Zum Ausgleich strömt Wasser in die Zelle, deren Protoplast bis zur Zellwand anschwillt und somit der Deplasmolyse untergeht.

Plasmolyse hypotonisch Medium Zelle StudySmarterAbbildung 4: Zelle in einem hypotonischen MediumQuelle: wikipedia.de

Wird die Haut einer roten Zwiebel in stark salzhaltiges Wasser gelegt, kann unter dem Mikroskop beobachtet werden, wie die Protoplasten sehr stark anschwellen. Zwischen ihnen und der Zellwand ist dann meist kaum noch ein Zwischenraum zu erkennen.

Da Plasmolyse und Deplasmolyse umkehrbar sind, müssen betroffene Zellen nur in ein entsprechendes Medium gelegt werden, um nach einer Plasmolyse wieder Wasser aufzunehmen oder nach einer Deplasmolyse Wasser zu verlieren.

Der Turgordruck

Nimmt eine Zelle durch Deplasmolyse Wasser aus dem Apoplasten auf, schwillt der Protoplast an und drückt gegen die Zellwand. Für diesen Druck gibt es den Begriff Turgor oder auch Turgordruck. Nimmt der Protoplast so viel Wasser auf, dass er sich nicht mehr weiter ausdehnen kann, ist der Turgor so stark, dass die Zellwand gespannt werden kann (zu sehen in Abbildung 4. In einem solchen Zustand hat der Turgor seinen maximalen Wert und die Zelle wird als voll turgeszent bezeichnet.

Frische Blumen, die keinen welken Eindruck erwecken und auch sonst eher als knackig beschrieben werden können, sind meist in einem voll turgeszenten Zustand.

Arten der Plasmolyse

Die Zustände, die eine Zelle bei der Plasmolyse annehmen kann, wenn sie sich in unterschiedlichen Lösungsverhältnissen befindet, können in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Dabei wird betrachtet, wie sich der Protoplast im Verhältnis zur Zellwand verhält.

Grenzplasmolyse

Als Grenzplasmolyse wird der Zustand einer Zelle bezeichnet, die sich in einem isotonisch bis schwach hypertonischen Medium befindet. Dabei fängt der Protoplast gerade so an, sich durch Plasmolyse von der Zellwand zu lösen. Eine Zelle in diesem Zustand kannst Du in Abbildung 2 betrachten.

Mithilfe der Grenzplasmolyse kann berechnet werden, wie hoch die osmotische Konzentration der Flüssigkeit innerhalb des Protoplasten ist. Die osmotische Konzentration beschreibt, wie hoch die Konzentration osmotisch aktiver Teilchen in der Zelle ist. Ein Experiment zur Bestimmung der osmotischen Konzentration kann folgendermaßen ablaufen:

Stücke der Haut einer roten Zwiebel werden in Wasser mit jeweils verschiedenen Zucker-Konzentrationen eingelegt und unter dem Mikroskop betrachtet.

Es müssen zwei Arten von Zellzahlen erhoben werden: Zunächst werden alle Zellen gezählt, und anschließend wird die Zahl derjenigen Zellen ermittelt, die sich gerade im Stadium der Grenzplasmolyse befinden. Die Außen-Konzentration, bei der sich genau 50 % der Zellen in der Grenzplasmolyse befinden, bezeichnet die osmotische Konzentration. Während diesem Zustand haben also Innen- und Außenmedium dieselben Konzentrationen, weshalb letztlich kein Wasser in den Protoplasten fließt, der Protoplast aber auch kein Wasser verliert.

Konkavplasmolyse

Die Konkavplasmolyse beschreibt einen Zustand der Zelle, bei dem sich der Protoplast aufgrund des Wasserverlustes zunächst stark zusammenzieht. Aufgrund einer ausgeprägten Haftung zwischen Zellmembran und Zellwand, kann die Membran stellenweise noch an der Wand hängen bleiben. Liegt eine starke Konkavplasmolyse vor, können diese Haftungsstellen eine fadenartige Form annehmen und werden dann auch als Hecht'sche Fäden bezeichnet. Die Hecht'schen Fäden sind dann die einzigen Punkte, an denen der Protoplast noch mit der Zellwand verankert ist. Konkav (nach innen gewölbt) ist daher der Bereich zwischen zwei Hecht'schen Fäden, der nach innen gezogen wird.

Besonders ausgeprägte Formen der Konkavplasmolyse, bei denen die Hecht'schen Fäden kurz davor stehen, sich ebenfalls von der Zellwand zu lösen, werden auch als Krampfplasmolyse bezeichnet. Dabei geschieht rasch ein großer Wasserverlust, der auch als krampfartig beschrieben werden kann.

Konvexplasmolyse

Auch die Konvexplasmolyse beschreibt einen Zustand der Zelle, bei dem sich der Protoplast aufgrund des Wasserverlustes stark zusammenzieht. Im Unterschied zur Konkavplasmolyse haftet die Zellmembran allerdings nicht mehr an der Zellwand. Der Protoplast kann sich daher als Ganzes zusammenziehen und bildet eine Kugel. Konvex (nach außen gewölbt) beschreibt daher die nach außen gerichteten, sphärischen Rundungen des Protoplasten.

Plasmolyse - Das Wichtigste

  • Plasmolyse tritt bei Zellen mit Zellwand auf (Pflanzenzellen, manche Bakterien, Algen und Pilze). Die Zelle ohne Zellwand heißt dabei auch Protoplast.
  • Plasmolyse beschreibt das Ablösen einer Zellmembran von der Zellwand, wenn ein Protoplast durch Osmose Wasser verliert.
  • Plasmolyse ist umkehrbar. Die Aufnahme von Wasser und das Anschwellen des Protoplasten wird als Deplasmolyse bezeichnet.
  • Plasmolyse geschieht, wenn sich eine Zelle in einem hypertonischen Medium befindet.
    • hypertonisches Medium: höhere Konzentration osmotisch aktiver Stoffe als in der Zelle
    • hypotonisches Medium: niedrigere Konzentration osmotisch aktiver Stoffe als in der Zelle
    • isotonisches Medium: gleiche Konzentration osmotisch aktiver Stoffe wie in der Zelle
  • Je nachdem, wie gut die Zellmembran an der Zellwand haftet, wird zwischen zwei Arten der Plasmolyse unterschieden:
    • Konkavplasmolyse: Membran bleibt stellenweise an Zellwand haften → konkave Einbuchtungen der Membran
    • Konvexpalsmolyse: Membran haftet nicht an Zellwand und zieht sich komplett zusammen → runder Protoplast hat konvexe Form

Nachweise

  1. Lang et al. (2014). Plasmolysis: Loss of Turgor and Beyond. Plants.
  2. uni-ulm.de. (2011). Pflanzenphysiologisches Grundpraktikum: Wasserhaushalt.
  3. spektrum.de: Grenzplasmolyse. (19.05.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Plasmolyse

Die Plasmolyse setzt voraus, dass die Zelle eine intakte semipermeable Membran besitzt. Daher muss die Zelle lebendig sein.

Plasmolyse ist ein Vorgang, bei dem sich die Zellmembran teilweise oder komplett von der Zellwand löst, da sie sich durch Wasserverlust zusammenzieht. Bei der Plasmolyse befindet sich die Zelle in einer hypertonischen Lösung und verliert das Wasser durch Osmose. Dabei passiert das Wasser die semipermeable Membran, um Konzentrationsunterschiede zum Außenmedium auszugleichen. Die Teilchen, durch die Konzentrationsunterschiede entstehen, werden durch die Membran zurückgehalten, weshalb nur das Wasser die Zellmembran passieren kann.

Osmose ist der Grund für die Plasmolyse. Aufgrund eines Konzentrationsunterschiedes fließt Wasser durch die semipermeable Membran aus der Zelle. Dieser Prozess wird Osmose genannt. Aufgrund dessen schrumpft der wasserhaltige Protoplast und die umgebende Membran löst sich von der stabilen Zellwand ab, die ihre Form behält. Dieser Prozess infolge der Osmose ist die eigentliche Plasmolyse.

Die Ursache der Plasmolyse ist ein Konzentrationsunterschied zwischen dem Protoplasten und dem Außenmedium. Zum Ausgleich strömt Wasser durch die semipermeable Membran hinaus, weshalb der Protoplast schrumpft.

Finales Plasmolyse Quiz

Frage

Welche Arten der Plasmolyse gibt es?

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Antwort

  • Konkavplasmolyse ( + Krampfplasmolyse)
  • Konvexplasmolyse
  • Grenzplasmolyse
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Frage

Welche Lösungsverhältnisse müssen für Plasmolyse und Deplasmolyse jeweils vorliegen?

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Antwort

  • Plasmolyse: hypertonische Lösung
  • Deplasmolyse: hypotonische Lösung
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Frage

Was ist die wichtigste Grundvoraussetzung für Zellen für den Ablauf von Plasmolyse?

Antwort anzeigen

Antwort

Plasmolyse können nur Zellen betreiben, die eine Zellwand haben. Ohne eine Zellwand würden sie bei der Deplasmolyse ansonsten zerplatzen, da die Wasseraufnahme nicht gestoppt werden würde. Außerdem ist sonst keine Zellwand vorhanden, von der sich der Protoplast ablösen könnte, was den eigentlichen Prozess der Plasmolyse beschreibt.

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Frage

Was ist die Ursache der Plasmolyse?

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Antwort

Osmose

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Frage

In welcher Art von Lösung liegt eine Zelle bei der Grenzplasmolyse vor?

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Antwort

Die Lösung, in der sich die Zelle befindet, muss isotonisch bis leicht hypertonisch sein.

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Frage

Was passiert bei der Konkavplasmolyse?

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Antwort

  • Zelle untergeht Plamolyse
  • Zellmembran haftet stellenweise an der Zellwand
  • Einhöhlungen der Zellmembran entstehen
  • bei sehr dünnen Haftungsstellen: Hecht'sche Fäden
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Frage

Was ist Turgeszenz?

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Antwort

Eine voll turgeszente Zelle ist in einem für sie optimalen Zustand. Sie ist prall mit Wasser gefüllt ist und hat den größtmöglichen Zellinnendruck erreicht.

Frage anzeigen

Frage

Warum reißt die Zelle bei der Deplasmolyse nicht?

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Antwort

Die stabile Zellwand hindert Zellen bei der Deplasmolyse davor, zu viel Wasser aufzunehmen und zu platzen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Krampfplasmolyse?

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Antwort

Die Krampfplamolyse ist eine starke Form der Konkavplasmolyse. Dabei strömt viel Wasser schnell und auf einmal aus, was die Membran krampfartig zusammen ziehen lässt.

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Frage

Was sind Voraussetzung für die Plasmolyse?

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Antwort

  • intakte semipermeable Membran
  • Zellwand
  • Konzentrationsunterschiede
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Frage

Ein Lösungsverhältnis, bei dem das innere und äußere Medium dieselben osmotischen Konzentrationen aufweisen, heißt ...

Antwort anzeigen

Antwort

... isotonisch

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Frage

Was ist die Konvexplasmolyse?

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Antwort

Bei der Konvexplasmolyse haftet die Membran nur sehr schwach an der Zellwand. Daher kann sie sich im Falle der Plasmolyse auch komplett von ihr ablösen. Der Protoplast nimmt eine runde Form an.

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Frage

Was ist Osmose?

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Antwort

Osmose beschreibt einen Prozess, bei dem Teilchen durch eine semipermeable Membran diffundieren, um Konzentrationsungleichheiten auszugleichen.

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Frage

Weshalb können Zwiebeln gut zur Betrachtung plasmolytischer Effekte genutzt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Rote Zwiebeln haben einen rot gefärbten Protoplasten. Daher wird es gut sichtbar, wenn dieser sich zusammenzieht oder ausdehnt.

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Frage

Was ist die Grenzplasmolyse?

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Antwort

Die Grenzplasmolyse beschreibt einen Zusatnd von Zellen, bei dem sich die Membran gerade so von der Zellwand ablöst.

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