How big is Chloroplast?

Ein Chloroplast ist der Teil einer Pflanzenzelle, der die Energie des Sonnenlichts einfängt und damit Kohlendioxid in Zucker umwandelt, ein Vorgang, der Photosynthese genannt wird. In Pflanzenblättern sind Chloroplasten linsenförmig oder wie ein American Football geformt und typischerweise etwa 5 Mikrometer lang. Ein Mikrometer ist ein Millionstel Meter oder ein Tausendstel Millimeter.

Größe

Da ein Chloroplast abgeflacht ist, wird seine Größe als Länge oder Durchmesser angegeben, nicht als Dicke. Bei Gefäßpflanzen, zu denen Farne, Nadelbäume und Blütenpflanzen gehören, haben Chloroplasten typischerweise einen Durchmesser von etwa 4–6 Mikrometern. Blattchloroplasten werden meist als etwa 5 Mikrometer lang und 1–2 Mikrometer dick beschrieben.

Die Größe variiert zudem zwischen Arten. Chloroplasten in Maissämlingen haben ein durchschnittliches Volumen von etwa 20 Kubikmikrometern, wobei ein Kubikmikrometer ein Würfel mit 1 Mikrometer Kantenlänge ist. In den Blättern von Arabidopsis, einer in der Forschung häufig verwendeten Pflanze, liegt der Durchschnitt bei 93 Kubikmikrometern, mehr als das Vierfache. Bei Algen nehmen Chloroplasten vielfältigere Formen an, darunter Röhren und verzweigte Netzwerke.

Größenvergleiche

Ein 5 Mikrometer langer Chloroplast ist etwa zwei Drittel so breit wie ein rotes Blutkörperchen, das einen Durchmesser von 7–8 Mikrometern hat.
Etwa 16–20 Chloroplasten würden, aneinandergereiht, die Breite eines Menschenhaares überspannen, das 80–100 Mikrometer breit ist.
Ein Chloroplast in einem Maissämling hat etwa das 20-Fache des Volumens eines E. coli-Bakteriums, das etwa 1 Kubikmikrometer groß ist.
Eine einzelne photosynthetisch aktive Zelle im Blatt einer Pflanze wie Arabidopsis oder Weizen enthält etwa 100 Chloroplasten.
Wäre ein Chloroplast auf die Breite eines Basketballs vergrößert, also etwa 24 Zentimeter, wäre jeder der 40–60 Membranstapel in seinem Inneren 1,4–2,9 Zentimeter breit.

Wie ein Chloroplast arbeitet

Ein Chloroplast ist von zwei Membranen umhüllt, einer äußeren und einer inneren. Im Inneren befindet sich ein drittes Membransystem, die Thylakoide, die in Stapeln, den Grana, angeordnet sind. Die Thylakoidmembranen sind dicht mit der Ausstattung besetzt, die Licht einfängt, darunter Chlorophyll, der grüne Farbstoff. Chlorophyll ist der am häufigsten vorkommende Farbstoff in Lebewesen.

Die von den Thylakoiden eingefangene Energie treibt Reaktionen im wässrigen Raum um sie herum an. Dort fängt ein Enzym namens Rubisco Kohlendioxid für die Reaktionen ein, die Zucker aufbauen. Rubisco füllt fast diesen gesamten Raum aus und ist das am häufigsten vorkommende lösliche Protein in Lebewesen. Der Zucker wird als Stärkekörner gespeichert.

Abstammung von Bakterien

Man geht davon aus, dass Chloroplasten von Cyanobakterien abstammen, Bakterien, die Photosynthese betreiben. Vor etwa 1 bis 1,5 Milliarden Jahren nahm eine andere Zelle eines von ihnen in sich auf, und mit der Zeit begannen die beiden, eng zusammenzuarbeiten. Die Chloroplasten von Grünalgen, Rotalgen und allen Pflanzen gehen auf dieses Ereignis zurück.

Chloroplasten tragen noch eigene DNA, etwa 100.000 Basenpaare lang, in mehreren Dutzend bis mehreren hundert Kopien je Chloroplast. Ihre Vorfahren hatten vermutlich mehr als 3.000 Gene. Die meisten dieser Gene wanderten in den Zellkern, und nur etwa 130 verbleiben heute in den Chloroplasten von Pflanzen.