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.

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsangabe

    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

    Die Vakuole ist ein Zellorganell, welches hauptsächlich in Pflanzen- und Pilzzellen vorkommt. Sie sind mit Zellsaft gefüllt und von einer Biomembran umhüllt. Vakuolen sind die größten Zellorganellen, weshalb Du sie unter einem Mikroskop meistens einwandfrei erkennen kannst.

    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.

    Als Cytosol wird der flüssige Teil des Cytoplasmas beschrieben. Wenn Du mehr über den allgemeinen Aufbau von Pflanzenzellen erfahren willst, dann schau doch mal beim StudySmarter Artikel Pflanzenzelle vorbei!

    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

    Nicht alle Vakuolen erfüllen die gleichen Funktionen, denn es gibt verschiedene Arten von Vakuolen! Welche dazu gehören, erfährst Du im Abschnitt "Arten von Vakuolen" dieses Artikels.

    Turgordruck der Vakuole

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

    Der Turgor (oder Turgordruck) beschreibt den Druck, welcher die Zellflüssigkeit auf die Zellwand ausübt. Wenn der höchste Wert der Turgordrucks erreicht ist, wird der Begriff "turgeszent" verwendet.

    Entstehung des Turgordrucks

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

    Ein höherer osmotischer Wert liegt dann vor, wenn mehr gelöste Teilchen, wie Salze oder andere Nährstoffe, als im Vergleichsmedium vorliegen, heißt, wenn die Zelle hypertonisch ist. Wenn Du dazu Genaueres erfahren willst, dann schau doch mal im StudySmarter Artikel Osmose vorbei!

    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.

    Mehr über die Osmoregulation und den osmotischen Wert findest Du im StudySmarter Artikel Osmose. Auch zum Pantoffeltierchen und zum Augentierchen, das sogenannte Euglena, gibt es separate Artikel von StudySmarter!

    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.

    Die Phagozytose ist eine spezielle Form der Endozytose, bei der feste Stoffe durch das Einstülpen der Zellmembran in einem Vesikel verschlossen und in die Zelle aufgenommen werden. Wenn Du mehr über die Phagozytose erfahren möchtest, dann schau doch mal beim gleichnamigen StudySmarter Artikel vorbei!

    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.

    Vakuole - Das Wichtigste

    • Die Vakuole ist ein dehnbares Zellorganell in Pflanzen- und Pilzzellen, das Wasser enthält und durch den Tonoplast vom Rest der Zelle abgeschirmt wird

    • Der Tonoplast ist semipermeabel und kann Wasser in die Vakuole aufnehmen oder abgeben

    • Zu den Funktionen der Vakuole gehören:

      • Erzeugung des Turgordrucks

      • Speicherung von Proteinen

      • Einlagerung von Farbstoffen und Gift- und Bitterstoffen

      • Verdauung von Makromolekülen und eigenen Abfallprodukten

    • Die Zellsaftvakuole füllt etwa 80 % einer Zelle aus, zu den weiteren Arten von Vakuolen gehören die kontraktile Vakuole und die Nahrungsvakuole

    • Vakuolen werden während des Zellwachstums gebildet, indem durch schnelles Wachstum kleine Hohlräume entstehen, die sich zu einer großen Vakuole zusammenschließen


    Nachweise

    1. Gudrun Hoffman-Thoma (2001). Die Vakuole – Recycling und Entsorgung in der Pflanzenzelle. Biologie in unserer Zeit
    Häufig gestellte Fragen zum Thema Vakuole

    Was ist die Funktion einer Vakuole? 

    Zu den Funktionen von Vakuolen gehören?

    • Erzeugung des Turgordrucks

    • Speicherung von Proteinen 

    • Einlagerung von Farbstoffen und Gift- und Bitterstoffen

    • Verdauung von Makromolekülen und eigenen Abfallprodukten

    Wo ist die Vakuole? 

    Vakuolen kommen hauptsächlich in Pflanzen- und Pilzzellen vor. Dort liegen sie frei im Cytoplasma und sind vom Tonoplasten (einfache Biomembran) umhüllt.

    Hat die menschliche Zelle eine Vakuole? 

    Vakuolen kommen lediglich in Pflanzen- und Pilzzellen vor. Da der Mensch aus tierischen Zellen besteht existieren hier keine Vakuolen.

    Hat die tierische Zelle eine Vakuole? 

    Die typische tierische Zelle hat keine Vakuole. Es gibt allerdings tierische Einzeller, wie das Pantoffeltierchen und das Augentierchen, welche eine kontraktile Vakuole und Nahrungsvakuolen besitzen. Auch manche Pilzzellen besitzen Vakuolen, bisher ist jedoch nicht eindeutig geklärt, ob Pilze zu den Tieren oder Pflanzen zählen.

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