Chloroplast

Tijdens de fotosynthese in de chloroplasten wordt zonlicht door pigmenten opgevangen en verwerkt. In de thylakoïde, een membraan-omsloten compartiment in de chloroplast, vindt de eigenlijke fotosynthese plaats. Daarbij worden water en koolstofdioxide omgezet in organische stof.

De fotosynthese wordt verdeeld in twee processen:

1. de lichtreactie in het thylakoïdemembraan. In de lichtreactie wordt water gesplitst in zuurstof en waterstof.
2. in het stroma de Calvincyclus of donkerreactie. In de donkerreactie vindt koolstoffixatie plaats, waarbij CO₂ wordt vastgelegd in glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P of GAP). Uit twee moleculen G3P kan vervolgens glucose worden gevormd.

Envelop

Lamellen

Thylakoïde

De lichtreacties spelen zich in en rondom het membraan van thylakoïden af. Deze thylakoïde bevinden zich in de chloroplasten van de cel. Thylakoïden hebben de vorm van een pannenkoek en kunnen daarom ook makkelijk gestapeld worden. Als dit het geval is ontstaat er een granum (dit is latijn voor een stapel munten). Chloroplasten bevatten 10 tot 100 granae, die onderling met elkaar worden verbonden door de opgestapelde lamellen. Elke thylakoïde bevat een lipidedubbelmembraan dat de vloeistof, het lumen, in de thylakoïde omsluit. De vloeistof in de chloroplast (dus tussen de thylakoïde) wordt het stroma genoemd. Het lumen is een stuk zuurder (pH-4) dan het stroma (pH-8), doordat er tijdens de lichtreacties protonen (H⁺) het lumen in worden gepompt.

De endosymbiontentheorie is de theorie die de herkomst van de mitochondria en chloroplasten in eukaryote cellen verklaart vanuit endosymbiose. Er zijn sterke aanwijzingen dat chloroplasten zich hebben ontwikkeld vanuit fotoautotrofe, eencellige blauwwieren, vergelijkbaar met de evolutie van mitochondria. Deze bacteriën zijn gedurende de evolutie waarschijnlijk een endosymbiose aangegaan met eencellige eukaryoten.

Het genoom van plastiden lijkt op prokaryoten. Het ptDNA heeft namelijk een ringvormige structuur zoals bacteriën en bevat geen histonen. Een tweede overeenkomst is dat mitochondria en plastiden in de cel zich vermenigvuldigen door binaire deling, tevens zoals bacteriën.

Een chloroplast is een speciaal type plastide dat zich vormt uit een proplastide. Al deze verschillende plastides zijn verschillende fenotypes van hetzelfde organel met hetzelfde genotype (ptDNA). De condities en type cel bepalen welke vorm de proplastide aanneemt.

Van proplastide naar chloroplast

Onder invloed van licht kan een proplastide naar bladgroenkorrel veranderen:

• A: De proplastide van een plant in het donker bestaat alleen maar uit een binnen- en buitenmembraan en erfelijk materiaal.
• B: Onder invloed van het licht begint de aanmaak van chlorofyl, fosfolipiden en thylakoïde-proteïnen. Van het binnenmembraan snoeren zich naar binnen toe blaasjes (vesikels) af.
• C: Tijdens het groter worden van de proplastide worden door samensmelting van de blaasjes thylakoïden gevormd. Een proteïne zorgt voor de stapeling van de thylakoïden in grana.
• D: Door de ontwikkeling van de membraansystemen, waarbij de grana met elkaar verbonden worden door lamellen bestaande uit (opgestapelde) stroma-thylakoïden, ontstaat uiteindelijk de chloroplast.