Zellen und Organellen des Stoffwechsels

Die unterrichtete Stoffwechselphysiologie konzentriert sich sehr auf z.B. die Zellen eines Blatts (Fotosynthese) oder die Körper- bzw. Muskelzellen des Menschen. Häufig wird nur das am Stoffwechselweg beteiligte Organell betrachtet.

Beginnen wir mit den Chloroplasten als wichtigste ogranelle des Stoffwechsels.

Aufbau und Aufgabe der Chloroplasten

Chloroplasten sind der eigentliche Ort der Fotosynthese. In den Thylakoidstapeln finden Licht- und Dunkelreaktion der Fotosynthese statt. Die wichtigen Zellorganellen sind möglicherweise über Endozytose in eine frühe eukaryotische Zelle eingewandert. Die Speicherung von z.B. Stärke usw. erfolgt in speziellen Vakuolen.

Chloroplast

1-3 Doppelmembran und Untermembran; 4 Stoma; 5 Thylakoidinnenraum; 6 Thylakoidmembran; 7 Granastape; 8 Thylakoid; 9 Vakuole mit Stärke; 10 Ribosomen; 11 DNA; 12 Lipidvesikel

Definition Chloroplast:

• Organell in grünen Pflanzenzellen
• besitzt eigene DNA, also ein eigenes Genom/Erbgut
• 2 – 8 µm lang
• Hülle besteht aus zwei Membranen
• Innere Membran: bildet Thylakoide (Membransäckchen) im Innenraum; diese sind gestapelt (Grana)

In der nachfolgenden Tabelle können Sie wichtige Details über die Chloroplasten nochmals nachvollziehen!

Endosymbionten-Theorie: Verknüpfung von Stoffwechsel und Evolution

Annahme, die eine Erklärung bietet wie Mitochondrien oder Chloroplasten in eukaryotische Zellen gelangt sein könnten. Die Aufnahme von Prokaryoten (Endozytose) in eine Zelle (Eukaryot) führt zur Ausbildung einer Doppelmembran. Innere und äußere Membran des Endosymbionten unterscheiden sich daher deutlich.

Bsp.: Chloroplast, Mitochondrium sind Zellorganellen, bei denen ein Einwandern als Endosymbiont vermutet wird. Mitochondrien besitzen neben der eigenen mitochondrialen DNA auch noch eigene Ribosomen!

Endosymbionten-Hypothese Chloroplasten (und auch Mitochondrien) sind evtl. in einen frühen Eukaryoten eingewandert. Bis zu diesem Zeitpunkt waren sie eigenständige Prokaryoten.

Zellatmung: Mitochondrium

Der Zellstoffwechsel findet in jeder Körperzelle statt. Die Leber kann allerdings als Hauptstoffwechselorgan des menschlichen Körpers angesehen werden. Hier findet die Regulation des Blutglukosespiegels statt.

Mitochondrien stellen den Ort des Citratzyklus und der Atmungskette dar. Die Schritte der Glykolyse sind im Zellplasma oder Cytoplasma der Zelle lokalisiert. Alle der oxidativen Decarboxylierung nachfolgenden Schritte des aeroben katabolen Stoffwechsels werden in den Mitochondrien durchgeführt.

In der für die Zellatmung essentiellen innere Mitochondrien-Membran finden sich vier Komplexe. Dabei kommt es in den Komplexen I, III  und IV zu Protonentransport durch die Membran. Die Elektronenakzeptoren- bzw. donatoren innerhalb der inneren Mitochondrienmembran sind meist Eisen-Schwefel-Proteine.

Mitochondrien sind die für die Prozesse der Zellatmung verantwortlichen Zellorganelle. Die innere Mitochondrienmembran beherbert die Komplexe der Atmungskette.