Хлоропласт — одна из самых сложных и интересных по своей структуре и энергопреобразующей функции клеточная органелла, имеющая относительную генетическую автономность и самопроизводящуюся систему с определенной генетической непрерывностью в ряде поколений. Геном хлоропластов и его реализация изучены еще недостаточно, пока не совсем ясны и ядерно-хлоропластные и хлоропластно-цитоплазматические взаимоотношения.
Исследования показали, что функция фотосинтеза и ее эндогенная регуляция находятся под двойным контролем геномов ядра и хлоропластов. Молекулярно-биологическая организация хлоропласта и механизм экспрессии его генома связаны с уровнем содержания метаболитов фотосинтетического восстановления углерода и белков хлоропластов, кодированных в ядре. Показано, что переполнение крахмалом хлоропласта (иногда до 90% объема) вызывает значительные изменения тилакоидных мембран, что приводит к снижению интенсивности фотосинтеза. У растений с С4-типом фотосинтеза повышенное содержание малата и аспартата ингибирует фермент ФЕП-карбоксилазу, что отрицательно влияет на фиксацию СО2.
Эндогенная регуляция фотосинтеза целого растения основывается на взаимодействии источника и акцептора ассимилятов системы source — sink (источник — сток).
Транспорт и концентрация ассимилятов являются основными факторами регуляции фотосинтеза на организменном уровне и обусловливают частичную автономность фотосинтеза и ростовых функций.
К факторам внутренней регуляции фотосинтеза целого растения относятся также эпигенетические и морфообразовательные процессы аттрагирующих центров с большим фондом активных генов и новообразования структур или направленный синтез запасных веществ. Фитогормоны и ингибиторы оказывают действие на ближний и дальний транспорт ассимилятов.
Установлено, что некоторые фитогормоны синтезируются в хлоропласте. Это прежде всего фенольные ингибиторы, например коричная и паракумаровая кислоты, синтез которых связан с шикиматным путем фотосинтетического метаболизма. Показано, что в этиолированных проростках ингибиторы полностью отсутствуют, а содержится много ауксинов и гиббереллинов. При освещении фотосинтез и синтез ингибиторов в проростках восстанавливаются. В хлоропластах обнаружена абсцизовая кислота и на тилакоидных мембранах — гиббереллины.
Фитогормоны непосредственно влияют на интенсивность фотосинтеза через механизм движения устьиц и поступление СО2. В движении устьиц — открытии и закрывании — участвуют абсцизовая кислота и цитокинины. Гибберелловая кислота в изолированных хлоропластах активирует фотофосфорилирование, а цитокинины индуцируют в них синтез белков. Цитокинины активируют синтез хлорофилла в листьях (А. Т. Мокроносов).