In diesem Artikel werden wir über die Zellstrukturen in Algen mit Hilfe von Diagrammen diskutieren.

I. Zellwand:

Die Zellwand der meisten Algen besteht aus Zellulose. Sie enthält auch Hemizellulose, Schleim, Pektin und andere Stoffe wie Alginsäure, Fucoidin, Fucin, Kalziumkarbonat, Kieselsäure usw. in unterschiedlichen Kombinationen in verschiedenen Algengruppen. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass die Zellulosewand aus Zellulose-Mikrofibrillen unterschiedlicher Dicke besteht, die in einer körnigen Matrix unterschiedlich ausgerichtet sind.

Die Zellwand der Kieselalgen ist verkieselt und weist charakteristische Sekundärstrukturen auf. Bei Cyanophyceae besteht die Zellwand aus Mukopeptid, das hauptsächlich aus einem Peptid mit wenigen Aminosäuren besteht, die kovalent an Aminozucker, Glucosamin und Muraminsäure gebunden sind.

Dieser Muko-Komplex ist auch in der Zellwand von Bakterien vorhanden. Eine echte Zellwand fehlt bei bestimmten Algen wie Gymnodinium und Pyramimonas. Stattdessen besitzen sie eine Grenzmembran, die als Pellikel bezeichnet wird.

II. Der Protoplast:

Der protoplasmatische Inhalt einer Zelle wird Protoplast genannt. Der eukaryotische Algenprotoplast ist von einer lipoproteinartigen Außengrenze, der Zellmembran, umgeben und besteht aus einem oder mehreren meist kugelförmigen oder ellipsoiden Zellkernen und Zytoplasma.

Die Zellmembran besteht aus Lipiden und Proteinen und ist wie alle anderen biologischen Membransysteme von Natur aus flüssig-mosaikartig. Sie ist sehr dünn und elastisch und selektiv durchlässig. Sie kontrolliert den Durchgang von Stoffen in und aus den Zellen.

In allen eukaryotischen Algen (Chlorophyceae usw.) ist der Zellkern ein gut organisierter kugelförmiger oder elliptischer Körper. Er bleibt von einer ausgeprägten Kernmembran umgeben. Die Innenseite wird von einem Chromatin-Reticulum eingenommen, das in eine Karyolymphe genannte Matrix eingebettet ist. Die Kernmembran ist doppellagig. Die äußere Membran ist mit dem endoplasmatischen Retikulum verbunden.

Jeder Zellkern enthält einen oder mehrere Nukleoli oder Endosomen. Die Anzahl der Nukleoli variiert bei den verschiedenen Algen. Sie kann ein, zwei oder mehr sein. Die Chromosomen können ein lokalisiertes oder diffuses Zentromer haben. Die Anzahl der Chromosomen variiert von Art zu Art – die niedrigste Anzahl ist n=2 (z.B. Porphyra linearis), die höchste n=592 (Netrium digitali).

In eukaryotischen Algenzellen gibt es membrangebundene Zellorganellen wie Chloroplasten, Mitochondrien, Golgi-Apparat, endoplasmatisches Retikulum und, in einigen Fällen, Augenfleck oder Stigma.

In prokaryotischen Algenzellen (Cyanophyceen) ist der Zellkern nicht von einer Membran umgeben. Stattdessen ist der Protoplast differenziert in das äußere periphere Chromoplasma, das photosynthetische Pigmente enthält, und ein inneres farbloses Zentroplasma, in dem sich das genetische Material nicht innerhalb des membrangebundenen Kerns befindet und die DNA-Stränge sich nicht mit Histonen zu Chromosomen verbinden.

Das Zentroplasma stellt also bei den Cyanophyceae den beginnenden Zellkern dar. Auch bei den Dinophyceae ist der Kern nicht wirklich eukaryotisch, obwohl er membrangebunden ist, aber Chromosomen und Mitoseapparat fehlen. Das Zytoplasma der Algenzelle ist in Zellorganellen und Zytosol unterteilt.

1. Der Chloroplast:

Chloroplasten sind das herausragende Merkmal der Algenzellen. Sie tragen die photosynthetischen Pigmente. Es handelt sich um eine Doppelmembranstruktur.

Es sind verschiedene Formen von Chloroplasten in verschiedenen Algenarten bekannt, von denen acht Haupttypen gewöhnlich anerkannt werden: becherförmig (z.B. Chlamydomonas und Volvox), scheibenförmig (z.B. Chara, Vaucheria und zentrische Kieselalgen), parietal (z.B., Chaetophorales, Phaeophyceae, Rhodo- phyceae, viele Chrysophyceae und gefiederte Kieselalgen), gürtelförmig oder C-förmig (z. B. Ulothrix), spiralförmig (z. B. Spirogyra), netzartig (z. B. Oedogonium, Hydrodictyon und Cladophora), sternförmig (z. B. Zygnema) und gerippt (z. B. Volvocales). Die Grundstruktur der Chloroplasten ist im gesamten Pflanzenreich nahezu gleich.

Es gibt drei Hauptstrukturbereiche im Chloroplasten:

1. Eine Hülle, die aus zwei Membranen mit einem geschlossenen Raum besteht.

2. das bewegliche Stroma, das die löslichen Enzyme für den Stoffwechsel, die Proteinsynthese und die Stärkespeicherung enthält, und

3. die hochorganisierten inneren lamellaren Membranen, die Pigmente enthalten und an der Energiegewinnung und -übertragung beteiligt sind.

Das innere Lamellensystem bildet Scheiben, die wie Münzstapel zu Grana gestapelt sind. Jede Scheibe ist ein Sack oder ein Bläschen und wird als Thylakoid bezeichnet. Jedes Thylakoid umschließt einen Thylakoidzwischenraum.

Das Thylakoidsystem stellt einen einzigen, komplexen Hohlraum dar, der vom Stroma durch die Thylakoidmembran getrennt ist. In den Thylakoidmembranen sind Pigmentsysteme und Elektronenträger eingebaut, die die Lichtphase der Photosynthese durchführen.

Bei den Cyanophyceen sind die Thylakoide nicht in membrangebundene Gruppen eingeschlossen, um Chloroplasten zu bilden, sondern liegen frei im Cytoplasma. In den Thylakoiden befindet sich das Chlorophyll a, und auch die akzessorischen Pigmente kommen auf ihrer Oberfläche in Form von kleinen Bläschen, den Phycobilisomen, vor.

a. Pigmentierung:

Die Pigmente, die für die eigentliche Farbe des Thallus sorgen, sind von unterschiedlicher Art:

i. Chlorophylle:

Es gibt fünf Arten von Chlorophyllen, die in Algen vorkommen: Chi a, b, c, d und e. Von ihnen ist Chlorophyll a in allen Algengruppen vorhanden. Chlorophyll b kommt nur in Chlorophyceae vor, Chlorophyll c in Phaeophyceae, Cryptophyceae, Bacillariophyceae und Chrysophyceae, Chlorophyll d in einigen Rotalgen und Chlorophyll e in bestimmten Xanthophyceae.

ii. Caroteinoide:

Carotine und Xanthophylle bilden zusammen die Carotinoide. Sie sind akzessorische photosynthetische Pigmente.

Fünf Arten von Carotinen kommen in Algen vor: α-Carotin in Chlorophyceae, Cryptophyceae und Rhodophyceae; β-Carotin in allen Algengruppen, außer Cryptophyceae; c-Carotin in Chlorophyceae; e-Carotin in Bacillariophyceae, Cryptophyceae, Phaeophyceae und Cyanophyceae und Flavacen in. Mitgliedern der Cyanophyceae.

iii. Xanthophylle:

Es gibt mehrere Arten von Xanthophyllen in Algen. Von ihnen sind Lutein, Violaxanthin und Neoxanthin in den Chlorophyceae und Phaeophyceae zu finden. Fucoxanthin ist das wichtigste Xanthophyllpigment in Phaeophyceae und Bacillariophyceae, während Myxoxanthophyll, Myxoxanthin und Oszilloxan- thin nur in Cyanophyceae vorkommen.

iv. Phycobiline:

Phycobiline sind wasserlösliche lineare Tetr’apyrrole. Sie sind Biliproteine, die entweder rot (Phycoerythrin) oder blau (Phycocyanin) gefärbt sind. Sie kommen nur in Rhodophyceae und Cyanophyceae vor. Sie wirken als akzessorische Pigmente, indem sie die Lichtenergie absorbieren und an das Reaktionszentrum weiterleiten.

b. Pyrenoide:

Pyrenoide sind eiweißhaltige Körper, die in Chloroplasten oder Chromatophoren vorhanden sind – das eigentliche Merkmal der Chloroplasten von Algen. Sie sind gewöhnlich mit der Synthese und Speicherung von Stärke verbunden. In Bacillariophyceae akkumulieren sie Lipide. Die Anzahl der Pyrenoide kann ein (z.B. Chlamydomonas) oder mehrere (z.B. Oedogonium) pro Chromatophor sein.

2. Mitochondrien:

Mitochondrien finden sich in allen Algenzellen mit Ausnahme der Cyanophyceae. Jedes Mitochondrium ist von einer Doppelmembranhülle umgeben. Die innere Membran der pflanzlichen Mitochondrien umschließt eine wässrige Matrix aus gelösten Stoffen, löslichen Enzymen und der mitochondrialen Glukose.

Die Innenmembran ist größer als die Außenmembran und unterliegt einer Einstülpung, wodurch sackartige Cristae von unterschiedlicher Form und Anzahl – gewöhnlich mit einem schmalen Hals – entstehen. Das gesamte Mitochondrium ist wiederum von einer äußeren Membran umgeben, die dicht an der inneren Membran anliegt, so dass ein Intermembranraum verbleibt, der mit dem interkristallinen Raum zusammenhängt.

Die Matrix ist feinkörnig und stark proteinhaltig. Die Organelle ist von Natur aus halbautonom, da sie eine zirkuläre DNA und eigene Ribosomen enthält, mit deren Hilfe sie einen Teil ihrer Proteine synthetisieren kann. Normalerweise gibt es mehr als ein Mitochondrium pro Zelle, aber bei Micromonas (Chlorophyceae) enthält jede Zelle ein einziges Mitochondrium

Die Zellen von Blaualgen haben keine Mitochondrien. Die Zytoplasmamembran ist der Ort der biochemischen Funktionen, die normalerweise mit den gut definierten membranösen Organellen in eukaryotischen Zellen verbunden sind. Wie bei Bakterien bildet die Zellmembran eine Struktur, das Mesosom, in dem die Atmungsenzyme lokalisiert sind.

3. Endoplasmatisches Reticulum (ER):

Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen, dass die Algenzellen ein ausgedehntes Membrannetz aus miteinander verbundenen Röhren und Zisternen (abgeflachte Säcke) enthalten, das als endoplasmatisches Reticulum bezeichnet wird. Die ER-Membranen durchziehen das gesamte Zytoplasma.

Das Retikulum besteht aus miteinander verbundenen parallelen Zisternen, die mit dem Ribosom verbunden sind und an der zytoplasmatischen Seite der Membran befestigt sind. Diese Form des ER wird als raues endoplasmatisches Retikulum (RER) bezeichnet und ist ein wichtiger Ort der Proteinsynthese. Im Gegensatz dazu werden die ER-Membranen, die kein Ribosom tragen, als glattes endoplasmatisches Retikulum (SER) bezeichnet.

4. Dictyosomen oder Golgi-Apparat:

Dictyosomen oder Golgi-Körper sind in allen Algenzellen außer Blaualgen zu finden und können unter dem Elektronenmikroskop gesehen werden. Der Golgi-Apparat ist ein Bestandteil des Endomembransystems der Zelle und scheint als Zwischenglied zwischen dem endoplasmatischen Retikulum und der Plasmamembran zu dienen.

Golgi-Körper können in der Nähe des Zellkerns (z. B. Chlamydomonas), in der Nähe der Plastiden (z. B. Kieselalge und Bulbochaete) oder überall in der Zelle zu finden sein. Golgi-Körper bestehen aus 2-20 flachen Bläschen, die in Stapeln angeordnet sind.

Jeder Stapel wird Dictyosom genannt. Alle Dictyosomen zusammen bilden den Golgi-Apparat. Er dient der Verpackung von Materialien für den Export nach außen. Er ist auch für die Bildung neuer Plasmamembranen verantwortlich, um das Wachstum zu unterstützen oder verlorene Membranen zu ersetzen.

5. Augenfleck oder Stigma:

Die beweglichen vegetativen und reproduktiven Zellen der Algen haben einen pigmentierten Fleck im vorderen, mittleren oder hinteren Teil der Zelle, der als Augenfleck oder Stigma bezeichnet wird (Abb. 3.12). Er ist direkt oder indirekt an der Lichtwahrnehmung beteiligt. Das Stigma befindet sich in der Regel innerhalb der Thylakoide, die in Längsrichtung durch den Augenfleck zwischen zwei Reihen von Granula verlaufen.

6. Vakuolen:

Fast alle Algenzellen, mit Ausnahme der Cyanophyceae, besitzen eine oder mehrere Vakuolen. Jede Vakuole ist von einer eigenen Membran, dem Tonoplast, begrenzt.

Drei Arten von Vakuolen sind in den beweglichen Formen zu finden:

(i) Einfache Vakuole:

Sie sind sehr klein und zeigen periodische Kontraktion und Expansion. Sie werden auch kontraktile Vakuolen genannt. Sie werfen die Stoffwechselabfälle der Zellen aus. Sie regulieren auch den Wassergehalt der Zelle, indem sie die überschüssige Menge in kurzen Intervallen ausstoßen. Sie haben also eine sekretorische Funktion.

(ii) Komplexe Vakuole:

Dies ist das Merkmal der Dinophyceae und Euglenophyceae. Sie besteht aus einem röhrenförmigen Cytopharynx, einem großen Reservoir und einer Gruppe von Vakuolen unterschiedlicher Größe. Die Vakuolen erfüllen die Funktion der Osmoregulation innerhalb der Zelle. Manchmal werden in den Vakuolen auch Nahrungsreservestoffe wie Laminarin und Chrysolaminarin gespeichert.

(iii) Gasvakuolen:

In den Zellen der Cyanophyceae gibt es gashaltige Hohlräume, die als Stapel von kleinen durchsichtigen Zylindern mit einheitlichem Durchmesser auftreten. Ihre Wände sind für Gase frei durchlässig. Die Gasvakuolen verleihen den planktonischen Formen Auftrieb und dienen auch als Schutzschirm gegen einfallendes helles Licht.

7. Geißeln:

Motile vegetative oder reproduktive Zellen sind in allen Algengruppen außer Cyanophyceae und Rtiodophyceae vorhanden. Die Bewegung wird durch die schlagende Wirkung kleiner fadenförmiger oder fadenartiger protoplasmatischer Anhängsel, Geißeln genannt, erreicht. Sie variieren in Anzahl, Länge, Position und Vorhandensein oder Fehlen von Haaren in unterschiedlicher Anzahl. Die Anzahl variiert von einem bis zu vier oder vielen.

Es gibt hauptsächlich zwei Typen:

1. Whiplash oder Acronematic:

Dies sind haarlose Geißeln mit glatter Oberfläche (Abb. 3.13A, Abb. 3.14A), und

2. Flitter- oder Pleuronemat:

Sie haben eine oder mehrere Reihen von seitlichen feinen fadenförmigen Haaren, die als Mastigoneme oder Flimmern bekannt sind

Sie werden weiter kategorisiert in:

a. Pantonematic. Hier sind die Mastigoneme in zwei gegenüberliegenden Reihen angeordnet (Abb. 3.13B).

b. Pantoakronematisch. Pantonematische Geißel mit einer terminalen Fibrille wird pantoakronematisch genannt (Abb. 3.13C).

c. Stichonematisch. Es hat einseitige Mastigoneme (Abb. 3.13D).

Wenn die Anzahl der Geißeln pro Zelle mehr als eine beträgt und identisch ist, spricht man von einem Isokont, wenn sie ungleich sind, von einem Heterokont.

Flagellarwurzeln in Algen:

Flagellen sind die äußerst feinen, hyalinen Ausstülpungen des Cytoplasmas. Meist befindet sich an der Basis jeder Geißel ein einzelnes Granulat (Abb. 3.15A), der Blepharoplast oder Basalkörper. Wenn die Algenzelle eine feste Wand hat, tritt die Geißel durch eine Pore aus.

Jedes Geißeltierchen hat ein zentrales oder axiales dünnes Filament, das Axonem. Das Axonem ist von einer zytoplasmatischen Membran oder Hülle umgeben, die durch eine Verlängerung der Zell- oder Plasmamembran gebildet wird. Die Hülle endet kurz vor dem Apex der Geißel. Der apikale nackte Teil des Axonems wird als Endstück bezeichnet.

Im Querschnitt zeigt das Flagellum (Abb. 3.15B) zwei zentrale Singulettfibrillen, die von neun peripheren Dublettfibrillen umgeben sind. Jede Fibrille ist von einer Membran bedeckt, und die beiden zentralen Fibrillen sind zusätzlich von einer weiteren Membran bedeckt.