Den grønne fargen skyldes innhold avpigmentetklorofyll, somfanger energi fra sola til bruk i fotosyntesen. Hoskarplanter finnes de fleste kloroplastene i grønne plantedeler, for eksempelblader.

Hos mange alger vil andrepigmenter (fykobiliner,karotenoider ogxantofyller) kunne dekke over klorofyllets grønne farge. For eksempel er kloroplastene røde hosrødalgene, og gule til gyllenbrune hosbrunalger og mangealgeflagellater.

Kloroplaster er omgitt av en dobbelt membran (to bilipidmembraner). Inne i kloroplasten er det et nettverk av membraner, kalt tylakoidmembraner, som inneholderpigmenter ogproteiner som deltar ifotosyntesens lysreaksjon.

Utenfor tylakoidmembranene, kaltstroma, finnesenzymene som deltar i samlingen av karbondioksid og lager sukker og andre organiske molekyler. Stoffene som dannes i kloroplastene blir fraktet til andre deler av planten hvor de brukes til vekst eller lagres.

Karplanter inneholder 20 til 40 ovale kloroplaster percelle, som har en diameter på fem til timikrometer (μm) og en tykkelse på to til tre μm. Encellete alger inneholder vanligvis én kloroplast per celle, og den kan være oval, spiral-, stjerne- eller linseformet.

Kloroplaster er et eksempel påplastider. Som regel blir kloroplaster laget ved deling av proplastider. Hos mange planter stopper utviklingen av kloroplaster hvis det ikke er lys til stede. Kloroplastutviklingen stopper ved et stadium kalt etioplaster, men straks disse utsettes for lys blir de omdannet til kloroplaster.

Om høsten, når bladene hos løvtrærne danner høstfarger, blir klorofyllmolekylene nedbrutt, kloroplastenes gule pigmenter kommer til syne, og kloroplastene danner gerontoplaster (avgreskgeron, 'gammel') i nedbrytnings- og avviklingsprosessen.

Når frukt somtomater,bananer ogappelsiner modner, blir de grønne kloroplastene omdannet tilkromoplaster (gresk chroma, 'farge') med rød, oransje eller gul farge. Ipoteter er det plastider som inneholderstivelse, og når disse blir utsatt for lys blir de omdannet til grønne kloroplaster.

Bakterier som driver med fotosyntese (fotosyntetiserende bakterier) har ikke kloroplaster, men hos disse skjer fotosyntesen i membraner som ligner på dem man finner i kloroplaster.

En anerkjent teori er at kloroplastenes evolusjonære opprinnelse erblågrønnbakterier, muligensproklorofytter. Blågrønnbakteriene ble tatt opp aveukaryote planteceller for en til to milliarder år siden ved primærendosymbiose. Denne teorien kallesLynn Margulis'endosymbioseteori.

Hosbrunalger ogfureflagellater kan kloroplastene være omgitt av tre membraner, og dette forklares ved sekundærendosymbiose.

I likhet medmitokondrier har kloroplaster sitt egetDNA utenhistoner. Dette DNA-et inneholder fra 57 til 195kilobasepar. DNA-sekvensanalyse viser at kloroplast-DNA har størst likhet med DNA fra blågrønnbakterier (cyanobakterier), noe som støtter endosymbioseteorien.

Tidligere trodde man at kloroplast- og mitokondrie-genomet bare var sirkulært som hos bakterienesplasmider. Nå vet man at disse genomene kan være lineære, eller bundet i hode-hale-DNA som en greinet struktur.

I en kloroplast kan det være mange kopier av kloroplast-DNA (kpDNA), fra 10 til 200 kopier i en kloroplast. Underevolusjonen har mange av genene som var i kpDNA blitt flyttet over til DNA-genomet i cellekjernen. Det betyr at genomet i cellekjernen og genomet i kloroplastene har delt arbeidsoppgavene og må samarbeide.

Proteiner som blir laget i cytoplasma kodet av kjerne-DNA blir merket med en signalsekvens, transitpeptid, som viser at de skal inn i kloroplastene. Slike merkede proteiner kan passere porer i de ytre kloroplastmembranen ved hjelp av transportproteiner ogchaperoner som retter ut peptidkjeden.

Etter transporten inn i kloroplasten blir signalsekvensen fjernet via et enzym kaltprotease. Deretter blir proteinene foldet i riktig tredimensjonal struktur. For eksempel blir det karbondioksid-fikserende enzymetrubisko i fotosyntesen laget ved å koble sammen proteindeler laget i henholdsvis cytoplasma og kloroplastene.

Strukturer som likner kloroplaster er funnet hos enkelte andre organismer. To eksempler er parasittenPlasmodium falciparum som girmalaria ogToxoplasma gondii som girtoksoplasmose. Begge erprotozoer idivisjonensporedyr (Apicomplexa). Disse organismene inneholder en organelle kalt apicoplast med opprinnelse fra sekundær endosymbiose av en algecelle og er omgitt av fire cellemembraner.

Apicoplasten kan ikke utføre fotosyntese, men den inneholder fotosyntesenzymer som ferredoksin NADP⁺reduktase, som parasittene bruker til å lage redusertferredoksin. Apicoplasten inneholder også kloroplastlignende enzymer som deltar ibiosyntese avfettsyrer,isopren oghem, samt sirkulært DNA.

• fotosyntese
• klorofyll
• plastider
• plastidegenom