Biologie, wie funktioniert die Plasmolyse?

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Hi,

Plasmolyse ist die Ablösung des Zytoplasma(schlauchs) von der Zellwand. In deiner Abb., oben rechts, ist das Zytoplasma leider nicht beschriftet. Da steht nur "Vakuole", "Zellkern" und "Chloroplasten", aber die wirklich wichtigen Dinge sind einfach nicht beschriftet. Das Cytoplasma ist gelb hinterlegt und schlauchförmig, direkt unter der Zellwand liegend. Der weitaus größte Teil der Zelle, wird von der Zellsaftvakuole (lila) eingenommen. Zur Ablösung des Zytoplasmaschlauches kommt es, wenn der Zellsaftvakuole (dem lila hinterlegten Raum der Zelle) osmotisch Wasser entzogen wird, weil der Zytoplasmaschlauch elastisch um die Vakuole herumgespannt ist. In dem Zustand, wie gezeichnet, liegt er der Zellwand fest an, wird die Vakuole durch Wasserverlust kleiner, zieht sich der Zytoplasmaschlauch mit der Vakuole zusammen, während die Zellwand so bleibt, wie sie ist.

Bei der Plasmolyse gibt es also einige Barrieren, durch die das Wasser frei diffundiert 1.) die Zellwand, 2.) die äußere Zytoplasmamembran, direkt unter der Zellwand, das sog. "Plasmalemma", auch hier völlig frei von Beschriftungen, 3.) das Zytoplasma selbst (gelb), 4.) die innere Zytoplasmamembran, die direkt die Zellsaftvakuole begrenzt, der sog. "Tonoplast". Wie sollte es anders sein, als dass das auch nicht beschriftet ist. Statt Lernen, unterstützt das Buch eher eine Art von raten oder hellsehen.

A1: überführt man die Zelle in eine konzentrierte Zuckerlösung, also in eine Lösung mit einer höheren Konzentration gelöster Teilchen, als in der Zelle, ein sog. "Plasmolytikum", dann strömt, wegen Osmose, Wasser aus der Zellsaftvakuole durch alle Barrieren nach draußen, die Vakulole wird kleiner und zieht sich zusammen, das Cytoplasma folgt ihr und dann sehen diese Zellen in etwas so aus: https://www.schule-bw.de/faecher-und-schularten/mathematisch-naturwissenschaftliche-faecher/biologie/unterrichtsmaterialien/7-10/zelle/mikro/pflanzen/bilder/liguster_plasmolyse_1024.jpg

In der Bildmitte sind zwei plasmolysierte Ligusterbeerenzellen zu erkennen. Du siehst, wie sich der Zytoplasmaschlauch von der äußeren Zellwand abgelöst hat. Die Zellwand selbst ist stehen geblieben. Das lässt sich prima beobachten, weil die Vakuolenflüssigkeit schön gefärbt ist. Es entstehen bei der Plasmolyse Leerräume (die im Bild farblos erscheinen) zwischen Zellwand und äußerer Zytoplasmamembran (dem Plasmalemma). D.h. hier "sehen" wir zum ersten Mal diese äußere Zellmembran bzw. wir können ihren Verlauf erahnen. Denn wenn das Zytoplasma der Zellwand fest anliegt (wie im Buch), ist sie so gut wie nicht zu erkennen. Wir sehen, dass sich die äußere Zellmembran nur teilweise von der Zellwand abgelöst hat, durch Volumenabnahme der Vakuole, in einigen Bereichen bleibt ein Kontakt zur Zellwand bestehen (vgl. Bild).

A2: Aquaporine sind Membrankanäle, die den Durchtritt von Wasser erleichtern. D.h. sie erleichtern auch den Vorgang der Plasmolyse. Da bei Volumenänderungen der Zelle durch Osmose, immer Wasser durch die Membran(en), in der Richtung der jeweils höher konzentrierten Lösung tritt, entweder in die Vakuole oder nach außen.

A3: Wenn dieser Versuch anschließend gemacht wird, stellt man die umgekehrten Verhältnisse wieder her, innen (Zellsaftvakuole) ist die Konzentration an gelösten Teilchen wieder höher, als außen (Wasser). Hypothese: Es tritt, wegen Osmose, Wasser durch die Zellwand, das Plasmalemma, das Zytolplasma, den Tonoplast, in die Zellsaftvakuole. Diese beginnt sich wieder zu vergrößern und presst den Zytoplasmaschlauch wieder fest gegen die Zellwand. Der Vorgang der Plasmolyse wird rückgängig gemacht (das nennt sich "Deplasmolyse"). Die Zell sieht danach wieder so aus, wie vorher (im Buch).

B1: Der Neutralrotfarbstoff der Lösung in die die Zellen der Zwiebel eingelegt werden, durchwandert alle Barrieren der pflanzlichen Zelle (siehe oben), bis in die Vakuole. Diese färbt sich dadurch nach einigen Minuten rot. Wir haben hier keine Plasmolyse vorliegen, sondern nur Stofftransport durch Diffusion. Die scheinbar abgelösten Bereiche der Vakuole in der Bildmitte sind ungefärbtes, nicht von der Zellwand abgelöstes Zytoplasma. Das ist eine durchaus verwirrende Anordnung von Inhalten auf ein und derselben Buchseite, weil es dem Zustand einer plasmolysierten Zelle ggf. ähnelt. Ist mir unverständlich, warum das auf einer Seite gemacht wurde. Das stammt wahrscheinlich aus der gleichen Feder von dem, der die Abb. nicht beschriftet hat. Das ist also schon nicht nur ungeschickt, sondern, ich möchte mal sagen, offenbar absichtlich verwirrend und damit lernfeindlich strukturiert worden. Anders kann man es echt nicht sagen.

B2: siehe B1

B3: Die Zellen sollen im Folgeexperiment wieder in klares Leitungswasser überführt werden. Eine Hypothese soll dahingehend aufgestellt werden, ob der rote Farbstoff mit ausgewaschen wird oder in den Zellsaftvakuolen verbleibt. Ein Hinweis wurde gegeben "Ionenfalle". Der Begriff "Falle" spricht ja eher für einen Verbleib des Farbstoffes in den Zellsaftvakuolen. Warum könnte das so sein? In neutraler bis leicht basischer Lösung, ist der Farbstoff "lipophil" (vgl. Txt), d.h. in dieser Form kann er die Barrieren der Pflanzenzelle, bis in die Zellsaftvakuole durchdringen, insbesondere die beiden Zellmembranen (Plasmalemma und Tonoplast).

Im Innern der Zellsaftvakuole ist der pH-Wert "schwach sauer" (vgl. Text). In diesem Milieu werden die Farbstoffmoleküle zu positiv geladenen Farbstoffionen umgewandelt ("hydrophile Neutralrotionen"). Ionen können, im Unterschied zum vorherigen Netralrot, die Zellmembran nicht frei durchtreten. D.h der Farbstoff verliert im saueren Milieu seine Fähigkeit die Pflanzenzelle zu betreten oder zu verlassen, denn er scheitert bereits an der inneren Zellmembran, die die Vakuole umgrenzt (dem Tonoplast), diese wird für ihn, als Ion undurchdringbar und so bleibt er in der Vakuole gefangen. Daher "Ionenfalle". Rein aber nicht wieder raus.

Hypothese: Bei Überführung der mit Neutralrot gefärbten Zwiebelepidermiszellen in Leitungswasser, bleiben die Epidermiszellen rot gefärbt, weil der Farbstoff in der Zellsaftvakulole in Form von Farbstoffionen die Vakuolenmembran nicht mehr durchtreten kann. Der Farbstoff tritt daher in die Vakuole ein, kann sie aber nicht wieder verlassen. Eine Entfärbung der Zellen ist daher nicht zu erwarten. LG

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Biologielehrer SI/II a. D.

Danke für die Antwort! Meine Lehrerin hatte das ganz anders und nur kurz erklärt und uns das einfach in die Hand gedrückt, aber mit der Erklärung habe ich jetzt alles verstanden! Vielen Dank!

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