Golgi-Apparat, Lysosomen und Verdauung bei Paramecium: Zellbiologie einfach erklärt

Der Golgi-Apparat: Struktur und Funktion

Das Dictyosom als Grundeinheit

Der Begriff Golgi-Apparat fasst alle in der Zelle vorhandenen Dictyosome zusammen.

Ein Dictyosom besteht aus abgeflachten, membranumgrenzten Hohlräumen, den sogenannten Zisternen. Diese sind wie Teller oder Fladenbrote übereinander gestapelt und weisen einen Durchmesser von etwa 3 µm auf.

Hauptaufgaben der Dictyosome

• Die Dictyosome sind der Bildungsort der Lysosomen, eines wichtigen Zellorganells.
• Hauptsächlich werden hier Produkte des Endoplasmatischen Retikulums (ER), wie beispielsweise Membranphospholipide, bearbeitet.
• Anschließend werden diese Produkte zur Plasmamembran weitertransportiert.

Der Transport vom ER zum Dictyosom und vom Dictyosom zur Plasmamembran erfolgt über Vesikel.

Die Polarität des Dictyosoms

Die Dictyosome weisen eine eindeutige Polarität auf:

• Cis-Seite: Dies ist die nach außen gewölbte (konvexe) Seite, die dem ER und dem Zellkern zugewandt ist. Sie empfängt die Transportvesikel.
• Trans-Seite: Dies ist die nach innen gewölbte (konkave) Seite, die zur Plasmamembran zeigt. An dieser Seite verlassen die Vesikel das Dictyosom wieder.

Lysosomen: Die Verdauungsorganellen

Struktur und Funktion der Lysosomen

Lysosomen sind etwa 0,2–1 µm große, von einer Membran umhüllte Bläschen. Sie werden im Golgi-Apparat gebildet und enthalten Enzyme für die Nahrungsverdauung.

Sie übernehmen auf zellulärer Ebene vergleichbare Aufgaben wie unser Magen-Darm-System.

Alternative Verdauungsorganellen in Pflanzenzellen

In Pflanzenzellen übernehmen andere Strukturen die lysosomalen Aufgaben:

• Die Zentralsaftvakuole: Sie speichert Substanzen und baut Makromoleküle ab.
• Spezielle Peroxisomen und Glyoxisomen.

Peroxisomen (kommen in Tier- und Pflanzenzellen vor) enthalten Enzyme, die Wasserstoff von verschiedenen Substanzen abspalten. Die Glyoxisomen bauen speziell Fettsäuren ab.

Paramecium als Modellorganismus

Das Pantoffeltierchen

Das Pantoffeltierchen (Paramecium caudatum) eignet sich gut zur Beobachtung der interzellulären Verdauung. Dieser Einzeller gehört zur Gruppe der Wimpertierchen.

Merkmale von Paramecium

• Sie bewegen sich mithilfe von Wimpern, welche die gesamte Oberfläche bedecken.
• Die Zelle besitzt zwei Kerne (Großkern und Mikronukleus).
• Den Wasserhaushalt reguliert Paramecium über die pulsierende Vakuole, die überschüssiges Wasser aus der Zelle transportiert (vergleichbar mit unseren Nieren).
• Für Paramecium stellen die Lysosomen tatsächlich so etwas wie das Magen-Darm-System dar.
• Es verfügt über ein Mundfeld (ein mit Wimpern ausgekleideter Bereich), an dessen unterem Ende sich der Zellmund befindet, sowie einen Zellafter.

Mikroskopische Beobachtung der Verdauung bei Paramecium

Färbung der Nahrung mit Kongorot

Um die Wanderung und Veränderung des Verdauungsorganells unter dem Mikroskop beobachten zu können, werden den Paramecien Hefezellen als Nahrung angeboten, die mit dem Farbstoff Kongorot angefärbt sind.

Kongorot ist ein besonderer Farbstoff, da er je nach pH-Wert seiner Umgebung die Farbe ändert:

• Ist die Lösung basisch (pH > 7), hat er eine violette Farbe.
• Ist die Lösung sauer (pH < 7), hat er eine rote Farbe.

Die Verdauungsenzyme in den Lysosomen arbeiten optimal bei einem pH-Wert von 4,5–5.

Der Verdauungsprozess

Die Wimpern des Mundfeldes strudeln Wasser mit den darin enthaltenden rot gefärbten Hefezellen zum Zellmund. Dort werden die Nahrungspartikel in eine Nahrungsvakuole verpackt, die sich bei einer gewissen Größe abschnürt.

Die Zytoplasmaströmung transportiert diese Vakuole auf einer zyklischen Bahn durch die Zelle, um sie am Ende über den Zellafter wieder auszuscheiden. Diese Wanderung nennt man Zyklose.