Chloroplast: Aufbau und Funktion einfach erklärt

Ein Chloroplast ist ein abgegrenzter Reaktionsraum in einer Zelle. Chloroplasten gehören zu den Plastiden; dazu zählen auch Farbstoff- und Stärkespeicher. In Pflanzen liegen Chloroplasten vor allem in grünen Geweben; auch viele Algen besitzen sie. Form, Größe und Anzahl unterscheiden sich je nach Art und Gewebe.

Eine Doppelmembran aus äußerer und innerer Hüllmembran grenzt den Chloroplasten vom Cytoplasma ab. Dazwischen liegt der Intermembranraum. Das Stroma ist die wässrige Grundsubstanz innerhalb der inneren Hüllmembran und außerhalb der Thylakoide. Es enthält Enzyme, eigene DNA, Ribosomen und häufig Stärkekörner. Enzyme ermöglichen Stoffwechselreaktionen, DNA trägt Erbinformation und Ribosomen stellen Proteine her. Thylakoide sind flache Membransäckchen im Stroma; ihr Innenraum heißt Thylakoidlumen. Ihre Membran ist von der inneren Hüllmembran zu unterscheiden. Mehrere gestapelte Thylakoide bilden ein Granum, mehrere Stapel heißen Grana. Ungestapelte Stromathylakoide verbinden Teile des Membransystems.

Fotosynthese wandelt Lichtenergie in chemische Energie um und baut aus Kohlenstoffdioxid und Wasser energiereiche Stoffe auf. Sauerstoff entsteht dabei als weiteres Produkt. Vereinfacht in Worten: Kohlenstoffdioxid + Wasser + Lichtenergie → Glucose + Sauerstoff. Die vereinfachte Nettogleichung lautet 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Sie fasst viele Einzelschritte zusammen; die Stoffe werden nicht in einem einzigen Schritt direkt ineinander umgewandelt.

Zuerst absorbieren Pigmente an der Thylakoidmembran Licht. Fotosysteme und eine Elektronentransportkette helfen, ATP und NADPH bereitzustellen; bei der Spaltung von Wasser entsteht Sauerstoff. Danach wird im Stroma Kohlenstoffdioxid im Calvin-Zyklus in organische Stoffe eingebaut. Dafür werden ATP und NADPH aus den Lichtreaktionen genutzt. Es entstehen zunächst kleinere Zuckerbausteine, aus denen unter anderem Glucose gebildet werden kann.

Chloroplasten besitzen eigene DNA und Ribosomen. Sie können einen Teil ihrer Proteine selbst herstellen und entstehen durch Teilung vorhandener Plastiden. Für viele benötigte Proteine und Stoffe sind sie jedoch auf die übrige Zelle angewiesen. Deshalb heißen sie semiautonom.

Die Endosymbiontentheorie erklärt ihre Herkunft aus einem fotosynthetisch aktiven Cyanobakterium, das von einer frühen Wirtszelle aufgenommen wurde. Doppelmembran, ringförmige DNA, bakterienähnliche Ribosomen und Teilung passen zu dieser Erklärung. Besonders aussagekräftig sind Vergleiche der Erbinformation mit Cyanobakterien. Viele Gene liegen heute im Zellkern; ihre Proteine entstehen außerhalb des Chloroplasten und werden in ihn transportiert.