Vakuole

Wenn Du eine Pflanzenzelle mikroskopierst, sieht das ganz anders aus als die typischen Bilder, die Du vermutlich sonst zum Aufbau von Pflanzenzellen gesehen hast.

Die einzelnen Zellorganellen sind kaum zu sehen und auch farblich gleicht sich alles ziemlich stark. Das liegt daran, dass die Zellorganellen so klein sind, dass Du sie mit einem gewöhnlichen Lichtmikroskop nicht deutlich erkennen kannst. Es gibt allerdings ein Zellorganell, welches Dir, auch mit einer nur sehr geringen Vergrößerung, immer ins Auge fallen wird: die Vakuole.

Vakuole Definition

Aufbau der Vakuole

Eine Vakuole kannst Du Dir wie eine mit Wasser gefüllte Blase im Inneren einer Zelle vorstellen. Sie wird durch eine einfache Biomembran begrenzt, welche Tonoplast genannt wird. Über diese semipermeable Membran kann die Vakuole bei Bedarf Wasser aufnehmen oder abgeben.

Durch die Aufnahme und Abgabe von Wasser kommt es in der Vakuole zu einer Volumenveränderung, die dank des dehnbaren Tonoplasten mühelos stattfinden kann.

In ihrem Aufbau sind sich Vakuole und Vesikel sehr ähnlich, jedoch sind Vakuolen meist bedeutend größer als die Vesikel. Bei Pflanzenzellen nimmt die sogenannte Zellsaftvakuole oft etwa 80 %, also den größten Teil der Zelle ein und enthält den Zellsaft. Diese Flüssigkeit enthält deutlich weniger Proteine als das Cytoplasma, welches die Vakuole umgibt. Daher ist der Zellsaft flüssiger als das Cytosol.

Funktionen der Vakuole

Vakuole sind wichtige Zellbestandteile in Pflanzenzellen und vielen Pilzzellen. Sie übernehmen hauptsächlich folgende Aufgaben:

• Erzeugung des Turgordrucks
• Speicherung von Proteinen bzw. organischen Verbindungen
• Einlagerung von Farbstoffen (So entstehen zum Beispiel bestimmte Blütenfarben, wie die blauen Blüten der Hortensie)
• Einlagerung von Gift- und Bitterstoffen, welche den Organismus vor Fressfeinden oder Pilzbefällen schützt
  • Da die giftigen Stoffe durch den Tonoplasten vom Rest der Zelle abgegrenzt sind, schadet die Zelle sich so nicht selbst
• Verdauung von Makromolekülen (sehr große Moleküle) und eigenen Abfallprodukten

Turgordruck der Vakuole

Eine der wichtigsten Funktionen der Vakuole stellt die Druckerzeugung dar: Die Vakuole ist maßgeblich für den sogenannten Turgordruck zuständig.

Entstehung des Turgordrucks

Damit ein Turgordruck erzeugt werden kann, muss in der Zelle ein höherer osmotischer Wert als außerhalb der Zelle vorliegen.

Es wird ein Konzentrationsausgleich zwischen dem Innenraum der Zelle mit höherem osmotischen Wert und dem äußeren Medium mit niedrigerem osmotischen Wert angestrebt. Dies kann nur erreicht werden, indem mehr Wasser in die Zelle einströmt und so die gelösten Teilchen verdünnt werden.

Wenn nun Wasser in die Zelle und somit in die Vakuole einströmt, um den osmotischen Wert auszugleichen, entsteht ein starker Druck, welcher sich auf die Zellwand ausübt. Dieser Druck wird als Turgordruck bezeichnet.

Wirkung des Turgordrucks

Der Turgordruck ist primär für die Stabilität der Pflanze zuständig. Nur so können Pflanzen aufrecht stehen. Außerdem hilft der Turgor der Pflanze dabei, die Absonderung von Sekreten durch Drüsengewebe oder Spaltöffnungen zu steuern. Manche Pflanzen nutzen den Turgor auch, um ihre Samen zu verbreiten. Dafür gibt es beispielsweise Turgorschleuder- und Turgorspritzmechanismen.

Arten von Vakuolen

Die Zellsaftvakuole findest Du in allen Pflanzenzellen vor. Es können aber auch mehrere Vakuolen von unterschiedlicher Größe und Funktion in einer Zelle vorkommen. Daher wird in weitere Arten unterschieden, wie die kontraktile Vakuole und die Nahrungsvakuole.

Kontraktile Vakuole

Einige Einzeller, wie das Pantoffeltierchen oder das Augentierchen könnten nicht ohne eine kontraktile Vakuole überleben. Die kontraktile Vakuole, oder auch pulsierende Vakuole, kannst Du Dir vorstellen wie ein kleines Bläschen, welches sich rhythmisch verkleinert und vergrößert. So kann es Wasser von außen aufnehmen und nach außen abgeben.

Der osmotische Wert der Zelle ist höher als das außen liegende Medium, da die Zelle viele Nährstoffe und Salze enthält. Um den osmotischen Wert auszugleichen, strömt automatisch Wasser durch die semipermeable Membran in die Zelle. Das passiert so lange, bis die Nährstoffkonzentration innerhalb und außerhalb der Zelle gleich hoch ist. In diesem Fall würde die Zelle nach kurzer Zeit platzen. Damit das nicht passiert, gibt es die kontraktile Vakuole.

Die kontraktile Vakuole gibt rhythmisch Wasser nach außen ab und verhindert so das Platzen der Zelle. So dienen die pulsierenden Vakuole der Osmoregulation.

Nahrungsvakuole

Die Nahrungsvakuole spielt eine Rolle bei vielen Einzellern, darunter einzellige Eukaryoten (z. B. Pantoffeltierchen und Augentierchen), Algen und manchen Pilzen. Eine weitere Bezeichnung für die Nahrungsvakuole ist der Begriff Gastriole.

Die Gastriole kommt zum Einsatz, wenn Lebewesen aus der umgebenden Flüssigkeit Nahrungspartikel aufnehmen. Die Partikel werden über Phagozytose in die Zelle aufgenommen und in ein Vesikel verpackt. Dem Vesikel werden dann Verdauungsenzyme beigesetzt. Das Vesikel dient dann als Nahrungsvakuole.

Bildung der Vakuole

Wenn sich Pflanzenzellen teilen, dann muss sich neben den anderen Zellorganellen auch die Vakuole verdoppeln, damit auch die zweite Zelle eine Vakuole erhält. Sie werden während des Zellwachstums gebildet.

Beim Zellwachstum nimmt die Zelle immer mehr Wasser über die Osmose auf. Dadurch wächst die Zelle rasant, wobei es zu Hohlräumen im Cytoplasma kommen kann. Diese Hohlräume werden dann durch eine Membran vom Cytoplasma abgegrenzt und bilden so mehrere kleine Vakuolen.

Die einzelnen kleinen Vakuolen verbinden sich im Laufe des Zellwachstums zu einer großen Vakuole, welche dann als große Zellsaftvakuole fungiert.