叶绿体是植物细胞内最重要、最普遍的质体,它是进行光合作用的细胞器。叶绿体利用其叶绿素将光能转变为化学能,把CO2与水转变为糖。叶绿体是世界上成本最低、创造物质财富最多的生物工厂。
叶绿体是三种类型的色素体(plastid)之一,其特点是其高浓度的叶绿素(其他两个质体类型是白色体和有色体,含有少量叶绿素并且不能进行光合作用)。叶绿体是高度动态的,它们循环并在植物细胞内四处移动,并且偶尔分裂成两个来生殖。它们的行为受到环境因素如光的颜色和强度的强烈影响。
叶绿体和线粒体类似,拥有自身的遗传物质DNA,但因其基因组大小有限,是一种半自主细胞器。其DNA被认为是从已被古代真核生物的细胞吞没的有光合作用的蓝菌门祖先继承下来。叶绿体不能由植物细胞产生,且必须在植物细胞分裂期间由每个子细胞继承叶绿体。
光合作用是叶绿素吸收光能,使之转变为化学能,同时利用二氧化碳和水制造有机物并释放氧的过程。这一过程可用下列化学方程式表示:6CO2+6H2O(光照、酶、叶绿体)→C6H12O6(CH2O)+6O2。其中包括很多复杂的步骤,一般分为光反应和暗反应两大阶段。
光反应:这是叶绿素等色素分子吸收,传递光能,将光能转换为化学能,形成ATP和NADPH的过程。在此过程中水分子被分解,放出氧来。
暗反应:光合作用的下一步骤是在暗处(也可在光下)进行的。它是利用光反应形成的ATP提供能量,NADPH2还原CO2,固定形成的中间产物,制造葡萄糖等碳水化合物的过程。通过这一过程将ATP和NADPH2,中的活跃化学能转换成贮存在碳水化合物中的稳定的化学能。它也称二氧化碳同化或碳同化过程。这是一个有许多种酶参与反应的过程。
叶绿体是植物细胞进行光合作用的场所,同时也是逆境因子作用的敏感位点。逆境胁迫下,植叶绿体内的信号会逆向调控细胞核内的基因表达,形成逆向信号途径。
叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成,其结构包括外被、类囊体和基质三部分。外被由两层单位膜构成,内膜物质有较强选择通透性,内外膜间有膜间隙。基质内充满流动状态的物质,含有许多片层结构,即类囊体,这些类囊体互相堆叠形成基粒。类囊体膜上含有与光合作用的光反应有关的色素和酶,是光反应的场所。叶绿体基质中含有与暗反应有关的酶,因此光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中。