Bei Protocyten handelt es sich um nach innen gerichtete Einstülpungen der Cytoplasmamembran, die sich typischerweise in der Nähe von deren Innenseite befinden. Im Inneren der Chloroplasten der grünen Pflanzen entstehen die Thylakoide ebenfalls aus Membraneinstülpungen, und zwar an der inneren Chloroplastenmembran. Sie durchziehen den Chloroplasten-Innenraum, das so genannte Stroma.

Auch bei anderen pflanzlichen Plastiden, die sich von Protocyten ableiten lassen, kommen Thylakoide vor.

TEM-Aufnahme von Grana

Granum

Bei Chloroplasten werden geldrollenartige Lamellen-Stapel, die sogenannten Grana (von lat. granum „Korn“, pl. grana), durch Übereinanderlagern von scheibenförmigen Thylakoidauslappungen gebildet. Man nennt die granabildenden Thylakoidauslappungen Granathylakoide; sie enthalten besonders viel Pigmente. Die Thylakoidteile, die nicht in den Grana, sondern einzeln im Stroma verlaufen, bezeichnet man als Stromathylakoide; sie enthalten weniger Pigmente und sind nicht so stark an der Lichtreaktion der Photosynthese beteiligt.

Schema des Photosynthese-Apparats in einer Thylakoid-Membran

Aufbau

Die Thylakoide bestehen aus einer Membran, die einen Innenraum, das Lumen umschließt. In der Membran befinden sich die Lichtsammelkomplexe.

Die Granathylakoide enthalten in ihrer Membran besonders viele Lichtsammelkomplexe (Photosystem I und Photosystem II) und weiterhin Cytochrom-b6f-Komplexe, ATP-Synthase, Plastochinon, Plastocyanin, Ferredoxin und NADP⁺-Reduktase, all dies sind Proteinmoleküle. Im Lumen befinden sich Chlorophyll-Moleküle, Carotin-Moleküle und Phospholipidmoleküle. Der pH-Wert im Lumen beträgt ungefähr 4.