Plasmolyse und Deplasmolyse – Definition, Funktionsweise, Arten

Die Plasmolyse beschreibt einen Vorgang, bei dem der Protoplast einer pflanzlichen Zelle schrumpft und sich die Plasmamembran von der Zellwand löst. Ursache dafür ist ein Wasserverlust der Zelle, der durch ein hypertonisches Umfeld hervorgerufen wird. 

Die Definitionen einiger wichtiger Begriffe, die notwendig sind, um die Plasmolyse zu verstehen, findest du in der folgenden Tabelle.

Befindet sich eine Zelle in einem hypertonen Umfeld, beispielsweise Salzwasser, ist die Konzentration an Teilchen außerhalb der Zelle höher als innerhalb der Zelle. In der Biologie herrscht das Bestreben, diesen Konzentrationsunterschied auszugleichen. Da die Teilchen jedoch die Zellmembran nicht durchdringen können, tritt Wasser aus der Zelle aus, um die umgebende Lösung zu verdünnen. Durch den Austritt an Wasser schrumpft das Zellinnere zusammen und der Protoplast löst sich von der Zellwand – es kommt zur Plasmolyse.

Ein geeignetes Experiment, um die Funktionsweise der Plasmolyse kennenzulernen, ist der Versuch mit der Zelle einer Zwiebelhaut. Dabei wird ein Zwiebelhäutchen in eine hypertone Lösung, etwa eine Salzlösung, auf einen Objektträger gelegt und unter dem Mikroskop angeschaut. Die Teilchenkonzentration außerhalb der Zelle ist durch die Salzlösung höher als innerhalb der Zelle – es herrschen hypotone Bedingungen im Inneren. Zu Beginn lässt sich der apoplastische Wasserentzug erkennen. Dabei wird das Wasser zwischen den Zellwänden des Zwiebelhäutchens entzogen. Danach folgt der zelluläre Wasserentzug. Anfangs verkleinert sich nur die Vakuole, später schrumpft der gesamte Protoplast und löst sich schlussendlich von der Zellwand. Wird ein Farbstoff hinzugegeben, lässt sich die schrumpfende Vakuole noch besser erkennen. 

Da die Plasmolyse bei diesem Versuch mit der Zwiebel einfach und gut zu beobachten ist, wird er im Biologieunterricht gerne angewendet, um mikroskopische Zeichnungen von Zwiebelzellen mit entsprechenden Beschriftungen anzufertigen.

Je nachdem wie stark die Zellwand und die Zellmembran aneinander haften, werden unterschiedliche Formen der Plasmolyse unterschieden: die Konvexplasmolyse, die Konkavplasmolyse und die Grenzplasmolyse.

Wenn die Zellmembran nur wenig an der Zellwand haftet, löst sich der Protoplast vollständig von der Zellwand. Er nimmt die Form einer Kugel an. Da der Protoplast nach außen abgerundet ist, nennt sich diese Form der Plasmolyse Konvexplasmolyse. Konvex bedeutet „nach außen gewölbt“.

Besteht eine starke Bindung zwischen der Zellmembran und der Zellwand, löst sich der Protoplast nur unvollständig von der Zellwand. An den gelösten Stellen ist der Protoplast nach innen gewölbt. An einigen Stellen haften noch dünne Fäden von der Membran an der Zellwand, die sogenannten hechtschen Fäden. Solange die hechtschen Fäden bestehen, ist die Plasmolyse noch umkehrbar. Durch die Wölbung des Protoplasten nach innen wird diese Form der Plasmolyse als Konkavplasmolyse bezeichnet. Konkav bedeutet „nach innen gewölbt“.  

Eine Sonderform der Konkavplasmolyse ist die Krampfplasmolyse. Diese entsteht durch einen rasanten und starken Wasserverlust der Zelle. Dabei wird der Protoplast krampfartig zusammengezogen.

Die Grenzplasmolyse ist der Zustand, in dem der Protoplast nur ganz leicht von der Zellwand gelöst ist. Dies ist in einem isotonen Umfeld der Fall.

Der gegenteilige Vorgang zur Plasmolyse ist die Deplasmolyse. Dabei strömt Wasser aus der Umgebung in die Zelle ein. Dies geschieht bei einem hypertonischen Zellinneren beziehungsweise einer hypotonischen Umgebung, wenn die Konzentration an gelösten Stoffen im Zellinneren höher ist als außerhalb der Zelle. Das Wasser gelangt zuerst in die Vakuole. Durch die Wasseraufnahme erhöht sich der Turgordruck. Das ist der Druck, mit dem die Zellflüssigkeit gegen die Zellwand drückt. Wenn der Turgor seinen höchsten Wert erreicht hat, spricht man von voller Turgeszenz. 

Eine Deplasmolyse ist nur dann möglich, wenn eine permanente Verbindung des Protoplasten mit der Zellwand durch die hechtschen Fäden besteht. 

Für Pflanzenzellen hat die Deplasmolyse eine große Bedeutung. Sind die Zellen zum Beispiel durch Wassermangel stark ausgetrocknet, kann der Wasserverlust durch Deplasmolyse wieder ausgeglichen und somit das Überleben der Zelle gesichert werden, sobald mehr Wasser zur Verfügung steht. Durch die Stabilität der Zellwand wird in der Regel ein Platzen der Zellen durch zu viel Wasseraufnahme verhindert.  

Da Tierzellen keine Zellwand besitzen, können sie infolge von Deplasmolyse leichter platzen.

Die Plasmolyse, die Grenzplasmolyse und die Deplasmolyse sind in der folgenden Abbildung dargestellt.