Chloroplasten sind hochspezialisierte Zellorganellen, die sich in den Zellen von Pflanzen und Algen befinden. Ihre primäre und lebenswichtige Funktion ist die Durchführung der Photosynthese, eines biochemischen Prozesses, bei dem Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht durch die Nutzung von Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid zur Produktion von Glukose, einem energiereichen Zucker, und Sauerstoff als Nebenprodukt. Ohne Chloroplasten wäre das Leben, wie wir es kennen, auf der Erde nicht möglich, da sie die Basis der meisten Nahrungsketten bilden und den Sauerstoff produzieren, den die meisten Organismen zum Atmen benötigen.

Die Struktur eines Chloroplasten ist komplex und hochoptimiert für seine Funktion. Er ist von einer Doppelmembran umgeben, die aus einer äußeren und einer inneren Membran besteht. Die äußere Membran ist relativ durchlässig, während die innere Membran selektiver ist und den Transport von Substanzen reguliert. Im Inneren des Chloroplasten befindet sich eine flüssige Matrix, das Stroma, das Enzyme für die lichtunabhängigen Reaktionen der Photosynthese enthält. Im Stroma sind zudem ein System aus membranumschlossenen, abgeflachten Säcken, den Thylakoiden, eingebettet. Diese Thylakoide sind oft zu Stapeln angeordnet, die als Grana (Singular: Granum) bezeichnet werden. Die Membranen der Thylakoide beherbergen das Chlorophyll, ein grünes Pigment, das Lichtenergie absorbiert, sowie die Proteinkomplexe, die für die lichtabhängigen Reaktionen der Photosynthese notwendig sind.

Die Photosynthese gliedert sich in zwei Hauptphasen: die lichtabhängigen Reaktionen und die lichtunabhängigen Reaktionen (Calvin-Zyklus). Die lichtabhängigen Reaktionen finden in den Thylakoidmembranen statt. Hier wird die absorbierte Lichtenergie genutzt, um Wassermoleküle zu spalten (Photolyse), wobei Sauerstoff freigesetzt wird und energiereiche Moleküle wie ATP (Adenosintriphosphat) und NADPH (Nicotinamidadenindinukleotidphosphat) gebildet werden. Diese Energie- und Reduktionsmittel werden dann im Stroma für die lichtunabhängigen Reaktionen verwendet. Im Calvin-Zyklus wird Kohlendioxid aus der Atmosphäre fixiert und mithilfe von ATP und NADPH in Glukose umgewandelt. Dieser Zyklus ist entscheidend für die Synthese von organischen Verbindungen in der Pflanze.

Chloroplasten weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit Bakterien auf, was die Endosymbiontentheorie stützt. Diese Theorie besagt, dass Chloroplasten ursprünglich freilebende Cyanobakterien waren, die von einer frühen eukaryotischen Zelle aufgenommen wurden und eine symbiotische Beziehung eingingen. Als Beweis dafür besitzen Chloroplasten ihre eigene ringförmige DNA, die sich von der Kern-DNA unterscheidet, sowie eigene Ribosomen, die bakteriellen Ribosomen ähneln. Sie vermehren sich auch durch Teilung, unabhängig von der Zellteilung der Wirtszelle. Diese autonome Natur unterstreicht ihre evolutionäre Geschichte und ihre zentrale Rolle in der Pflanzenzelle.

Die Effizienz der Photosynthese in Chloroplasten wird von verschiedenen Umweltfaktoren wie Lichtintensität, Temperatur und Kohlendioxidkonzentration beeinflusst. Pflanzen können ihre Chloroplasten an unterschiedliche Lichtbedingungen anpassen, indem sie deren Anzahl, Größe oder die Anordnung der Grana variieren. Neben der Photosynthese sind Chloroplasten auch an anderen Stoffwechselprozessen beteiligt, wie der Synthese von Fettsäuren und Aminosäuren, was ihre Bedeutung als multifunktionale Organellen in der Pflanzenzelle weiter unterstreicht. Ihre Fähigkeit, Sonnenlicht in chemische Energie umzuwandeln, ist der grundlegende Prozess, der das Leben auf unserem Planeten antreibt und die Atmosphäre mit lebensnotwendigem Sauerstoff anreichert.