Хлоропласти - пластиди вищих рослин, в яких йде процес фотосинтезу, т. Е. Використання енергії світлових променів для утворення з неорганічних речовин (вуглекислого газу і води) органічних речовин з одночасним виділенням в атмосферу кисню. Хлоропласти мають форму двоопуклої лінзи, розмір їх близько 4-6 мкм. Знаходяться вони в паренхімних клітинах листя та інших зелених частин вищих рослин. Число їх в клітці варіює в межах 25-50.
Будова хлоропласта, що спостерігається за допомогою електронного мікроскопа, доволі складна. Подібно ядру і мітохондрій хлоропласт оточений оболонкою, що складається з двох ліпопротеїдних мембран. Внутрішнє середовище являє щодо однорідна субстанція - матрикс, або строма, яку пронизують мембрани - ламелли. Ламелли, з'єднані один з одним, утворюють пухирці - тилакоїди. Щільно прилягаючи один до одного, тилакоїди утворюють грани, які розрізняють навіть під світловим мікроскопом. У свою чергу, грани в одному або декількох місцях об'єднані один з одним за допомогою межгранних тяжів - тилакоїдів строми. Пігменти хлоропласта, які беруть участь в уловлюванні світлової енергії, а також ферменти, необхідні для світлової фази фотосинтезу, вмонтовані в мембрани тилакоїдів.
Хімічний склад хлоропластів: води - 75%; 75-80% загальної кількості сухих речовин становлять орг. з'єднання, 20-25% -мінеральні.
У хлоропластах містяться різні пігменти. Залежно від виду рослин це:
· Хлорофіл:
- хлорофіл А (синьо-зелений) - 70% (у вищих рослин і зелених водоростей);
- хлорофіл В (жовто-зелений) - 30% (там же);
- хлорофіл С, D і E зустрічається рідше - у інших груп водоростей;
· Каротиноїди:
- оранжево-червоні каротини (вуглеводні);
- жовті (рідше червоні) ксантофилл (окислені каротини). Завдяки ксантофиллу фікоксантін хлоропласти бурих водоростей (феопласти) пофарбовані в коричневий колір;
· Фікобіліпротеіди, що містяться в родопластах (хлоропластах червоних і синьо-зелених водоростей):
- блакитний фикоцианин;
- червоний фікоеритрин.
Хлоропласт має власну ДНК, тобто власний геном і власним апаратом реалізації генетичної інформації шляхом синтезу РНК і білка.
Основна функція хлоропластів, полягає в уловлюванні і перетворенні світлової енергії.
До складу мембран, що утворюють грани, входить зелений пігмент - хлорофіл. Саме тут відбуваються світлові реакції фотосинтезу - поглинання хлорофілом світлових променів і перетворення енергії світла в енергію збуджених електронів. Електрони, порушені світлом, т. Е. Мають надлишкової енергією, віддають свою енергію на розкладання води і синтез АТФ. При розкладанні води утворюються кисень і водень. Кисень виділяється в атмосферу, а водень зв'язується білком ферредоксин.
Ферредоксин потім знову окислюється, віддаючи цей водень речовини-відновники, скорочено позначається НАДФ. НАДФ переходить у відновлену форму - НАДФ-H2. Таким чином, підсумком світлових реакцій фотосинтезу є утворення АТФ, НАДФ-H2 і кисню, причому споживаються вода і енергія світла.
В АТФ акумулюється багато енергії - вона потім використовується для синтезів, а також для інших потреб клітини. НАДФ-H2 - акумулятор водню, причому легко його потім віддає. Отже, НАДФ-H2 є хімічним відновником. Велике число биосинтезов пов'язано саме з відновленням, і в якості постачальника водню в цих реакціях виступає НАДФ-H2.
Далі, за допомогою ферментів строми хлоропластів, т. Е. Поза гран, протікають темнова реакції: водень і енергія, укладена в АТФ, використовуються для відновлення атмосферного вуглекислого газу (CO2) і включення його при цьому до складу органічних речовин. Перше органічна речовина, що утворюється в результаті фотосинтезу, піддається великому числу перебудов і дає початок всьому різноманіттю органічних речовин, що синтезуються в рослині і складових його тіло. Ряд з цих перетворень відбувається тут же, в стромі хлоропласта, де є ферменти для утворення Сахаров, жирів, а також все необхідне для синтезу білка. Сахара можуть потім або перейти з хлоропласта в інші структури клітини, а звідти в інші клітини рослини, або утворити крохмаль, зерна якого часто можна бачити в хлоропластах. Жири теж відкладаються в хлоропластах або у вигляді крапель, або у формі простіших речовин, попередників жирів, виходять з хлоропласта.
Хлоропласти мають відому автономією в системі клітини. У них є власні рибосоми і набір речовин, що визначають синтез ряду власних білків хлоропласта. Є також ферменти, робота яких призводить до утворення ліпідів, що входять до складу ламелл, і хлорофілу. Як ми бачили, хлоропласт розташовує і автономною системою добування енергії. Завдяки всьому цьому хлоропласти здатні самостійно будувати власні структури. Існує навіть погляд, що хлоропласти (як і мітохондрії) походять від якихось нижчих організмів, що мешкають в рослинній клітині і спершу вступили з нею в симбіоз, а потім стали її складовою частиною, органоїдом.
Ще однією дуже важливою функцією є, засвоєння вуглекислоти в хлоропласті або, як прийнято говорити, фіксація вуглекислоти, тобто включення її вуглецю до складу органічних сполук, відбуваються в складному циклі реакцій, відкритому Кальвіном і Бенсоном і отримав їх ім'я. За це відкриття їм була присуджена Нобелівська премія. Ключовим ферментом циклу є рібулезобісфосфаткарбоксілаза (РБФК) - оксигенази, яка забезпечує приєднання вуглекислоти до пятиуглеродного з'єднанню - цукру рібулезобісфосфату. Утворений при цьому короткоживучий шестіуглеродний продукт розпадається з утворенням двох трехуглеродних молекул фосфоглицериновой кислоти.