Les feuilles des plantes en C4 contiennent deux types de chloroplastes
Lorsque l'ultrastructure des chloroplastes des cellules chlorophylliennes des plantes en C4, il est aisé d'observer deux types de chloroplastes (Fig. 52). Ils se différencient par l'organisation des membranes photosynthétiques. Dans les chloroplastes des cellules du mésophylle (Fig. 51A), les membranes thylacoïdales sont principalement organisées en grana. Ces plastes se différencient de ceux des plantes en C3 par l'absence de grain d'amidon (Fig. 52B). Ceci suggère que ces chloroplastes réalisent bien la photosynthèse mais n'emmagasinent pas d'amidon. En réalité, dans ces chloroplastes, les réactions de la phase thermochimique de la photosynthèse ne sont pas opérationnelles. Dans les cellules qui forment la gaine périvasculaire, les thylacoïdes ne forment pas de granum et peuvent contenir des grains d'amidon (Fig. 52C-D). Or nous avons vu dans le paragraphe "Les plantes en C4 et les plantes CAM" que le photosystème II est localisé dans ces grana. Nous pouvons donc faire l'hypothèse que les chloroplastes des cellules de la gaine périvasculaire des plantes en C4 sont dépourvus en photosystème II et donc ne réalisent pas les réactions de la phase photochimique de la photosynthèse.