Was sind Chloroplasten? – Definition, Struktur und Funktion

Chloroplasten sind Zellorganellen in Pflanzen- und einigen Algenzellen. Sie sind linsenförmig, 4 bis 8 µm groß und gut unter dem Lichtmikroskop erkennbar. Chloroplasten gehören zu den Plastiden, da sie eine Doppelmembran und ein eigenes Erbgut besitzen. In den Chloroplasten ist der grüne Farbstoff Chlorophyll enthalten, der für die grüne Farbe von Pflanzen verantwortlich ist.

Die Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben. Die innere Chloroplastenmembran ist lamellenartig eingestülpt. Dadurch wird die Oberfläche vergrößert und es entsteht ein ausgeprägtes Membransystem. Die Membraneinstülpungen werden als Thylakoide bezeichnet. Die Thylakoide können geldrollenartig übereinander gestapelt sein. Diese Stapel werden Grana (Einzahl: Granum) genannt. 

In den Thylakoiden sind Chlorophylle und Carotinoide enthalten. Dies sind grüne bzw. gelbe oder rote Farbstoffe. Im Sommer erscheinen die Blätter von Pflanzen grün, da die grünen Chlorophylle die gelben und roten Carotinoide überlagern. Im Herbst wird das Chlorophyll jedoch abgebaut, sodass die Blätter ihre Grünfärbung verlieren und stattdessen gelb oder rot erscheinen. 

Die Grundsubstanz im Inneren der Chloroplasten ist das Stroma. Es enthält Ribosomen, Enzyme und eine ringförmige DNA. Auch Fetttröpfchen und Stärkekörner können zur Speicherung in Chloroplasten vorkommen. 

Durch Licht, einige chemische Substanzen und Plasmaströmung kann es zu Chloroplastenbewegungen innerhalb der Zelle und zu Gestaltsveränderungen kommen. 

Die folgende Tabelle fasst die einzelnen Bestandteile von Chloroplasten und deren Funktionen zusammen.

In der Abbildung siehst du den Aufbau eines Chloroplasten anhand eines beschrifteten Querschnitts.

Chloroplasten haben eine sehr große Bedeutung für den Pflanzenstoffwechsel. Sie sind der Ort der Fotosynthese und somit ein essenzieller Bestandteil für deren Ablauf. Die Fotosynthese ist eine chemische Reaktion, bei der Wasser und Kohlenstoffdioxid von der Pflanze aufgenommen und unter Nutzung von Sonnenenergie zu Sauerstoff und Glucose umgewandelt werden. Der entstehende Sauerstoff wird über die Blätter an die Umwelt abgegeben. Dies ist sehr wichtig für uns Menschen und andere Lebewesen, da wir Sauerstoff zum Atmen benötigen.

Die entstehende Glucose dient als Nährstoff für die Pflanze.

Die Fotosynthese läuft in zwei Teilreaktionen ab – der Lichtreaktion und der Dunkelreaktion. Die Lichtreaktion findet in den Grana der Chloroplasten statt. In den Thylakoiden sind Chlorophylle und Carotinoide enthalten. Dies sind grüne bzw. gelbe oder rote Farbstoffe. Diese Farbstoffe fangen Sonnenlicht ein. Die Lichtenergie wird in den Chloroplasten in chemische Energie umgewandelt. Dieser Prozess wird auch als lichtabhängige Reaktion bezeichnet und liefert die für die Fotosynthese benötigte Energie. 

Im zweiten Teil der Fotosynthese, der Dunkelreaktion, wird die energiereiche Glucose gebildet. Die Dunkelreaktion findet im Stroma der Chloroplasten statt. Für diese Reaktion wird die Energie, die während der Lichtreaktion gewonnen wurde, benötigt. Die Dunkelreaktion wird auch als lichtunabhängige Reaktion bezeichnet.

Insbesondere bei C4-Pflanzen besteht ein deutlicher Chloroplastendimorphismus. Das bedeutet, dass es verschiedene Arten von Chloroplasten gibt. Es gibt große, stärkereiche Chloroplasten mit nur wenigen Granastapeln sowie stärkefreie und granahaltige Chloroplasten. Bei der äußerst effektiven C4-Fotosynthese kooperieren diese beiden Chloroplastentypen miteinander.

Chloroplasten sind neben den Mitochondrien besondere Zellorganellen, da sie im Vergleich zu den anderen Zellbestandteilen von einer Doppelmembran umgeben sind und eine eigene DNA besitzen. Eine Erklärung für die Besonderheit liefert die Endosymbiontentheorie. Diese Theorie besagt, dass im Laufe der Evolution Bakterien von eukaryotischen Einzellern durch Endozytose, also durch Einstülpung der Membran, aufgenommen wurden und sich in den Zellen zu Zellorganellen wie Mitochondrien und Chloroplasten entwickelt haben.