Ένας χλωροπλάστης είναι ένας τύπος δομής, που ονομάζεται οργανίδιο, που βρίσκεται στα φυτά και είναι όπου λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση. Συνήθως υπάρχουν στα φύλλα των φυτών, οι χλωροπλάστες περιέχουν όλα τα συστατικά που επιτρέπουν στο φυτό να μετατρέπει το ηλιακό φως σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια. Τα κύρια συστατικά των χλωροπλαστών είναι οι μεμβράνες, η χλωροφύλλη και άλλες χρωστικές ουσίες, η grana και το στρώμα.
Οι χλωροπλάστες είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά ενός φυτού γιατί σε αυτά λαμβάνει χώρα ολόκληρη η φωτοσυνθετική διαδικασία. Κάθε κύτταρο σε ένα φύλλο φυτού μπορεί να έχει 50 από αυτά τα οργανίδια. Οι χλωροπλάστες εμφανίζονται μόνο σε ευκαρυοκικούς οργανισμούς, οι οποίοι είναι κυρίως μη ζωικοί.
Υπάρχουν τρεις τύποι μεμβρανών στους χλωροπλάστες: η εξωτερική μεμβράνη, η εσωτερική μεμβράνη και οι θυλακοειδής μεμβράνες. Η εξωτερική μεμβράνη περιβάλλει τον χλωροπλάστη και επιτρέπει στα μόρια να κινούνται μέσα και έξω από το οργανίδιο χωρίς διακριτική ευχέρεια. Η εσωτερική μεμβράνη βρίσκεται κάτω από την εξωτερική και είναι πιο διακριτική ως προς το τι επιτρέπει μέσα και έξω από τον χλωροπλάστη. Οι θυλακοειδής μεμβράνες βρίσκονται μέσα στην εσωτερική μεμβράνη και είναι διατεταγμένες σε στοίβες που συνδέονται μεταξύ τους με στρωματικά ελάσματα. Αυτά τα ελάσματα χρησιμεύουν ως πλαίσιο ή σκελετός για κάθε χλωροπλάστη.
Η χλωροφύλλη είναι μια πράσινη χρωστική ουσία που συγκεντρώνει το ηλιακό φως που απαιτείται για τη φωτοσύνθεση. Η χλωροφύλλη, που βρίσκεται στις θυλακοειδή μεμβράνες, είναι αυτή που προκαλεί τον πράσινο χρωματισμό των φύλλων. Άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, που κάνουν τα καρότα πορτοκαλί, βρίσκονται επίσης στις μεμβράνες των θυλακοειδών.
Συνήθως, αυτές οι άλλες χρωστικές βρίσκονται σε πολύ μικρότερες ποσότητες από τη χλωροφύλλη. Κάθε χρωστική ουσία απορροφά διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Για παράδειγμα, η χλωροφύλλη απορροφά κάθε μήκος κύματος εκτός από πράσινο, γι’ αυτό η χρωστική ουσία φαίνεται πράσινη στο μάτι.
Τα grana είναι στοίβες από θυλακοειδή μεμβράνες. Κάθε κόκκο αποθηκεύει το ηλιακό φως που λαμβάνεται από τη χλωροφύλλη και λαμβάνει νερό (Hsub2O) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από άλλα μέρη των φύλλων για να σχηματίσει έναν τύπο σακχάρου (C6H12O6) που χρησιμοποιεί το φυτό για τροφή. Αυτή είναι η εξαρτώμενη από το φως διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η ζάχαρη που δεν χρησιμοποιείται αμέσως από το φυτό μετατρέπεται σε τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) και αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει επίσης στη γκράνα.
Το στρώμα είναι μια ουσία που μοιάζει με γέλη που περιβάλλει τις θυλακοειδή μεμβράνες σε κάθε χλωροπλάστη. Τα ένζυμα στο στρώμα παίρνουν το ATP και το μετατρέπουν ξανά σε σάκχαρα που στη συνέχεια χρησιμοποιούνται από τα φυτά. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται σκοτεινή αντίδραση επειδή, σε αντίθεση με τις αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως, δεν βασίζεται στο ηλιακό φως για να ολοκληρωθεί. Η μετατροπή του ATP σε ζάχαρη είναι γνωστή ως κύκλος Calvin.