Terpenoid, juga disebut isoprenoid, adalah senyawa organik yang kerangka karbonnya diturunkan dengan menghubungkan unit-unit isoprena (CH2=C(CH3)CH=CH2). Karotenoid, salah satu subtipe terpenoid, dikategorikan sebagai 30-C, 40-C, dan seterusnya, berdasarkan jumlah atom karbon rangkanya. Mereka dapat diproduksi di laboratorium dengan biosintesis, kadang-kadang disebut biogenesis, meniru proses yang ditemukan di alam. Dimulai dengan molekul kecil dan sederhana, seperti isopentenil difosfat, penambahan terjadi bertahap dengan adanya enzim katalitik, sampai produk akhir tercapai. Meskipun reaksi diketahui melalui jalur kimianya, pembuatannya mungkin melibatkan penggunaan mikroba.
Karotenoid – termasuk -karoten, likopen, dan xantofil – adalah pewarna kuning hingga merah, yang terdapat pada wortel, aprikot, bayam, dan buah serta sayuran lainnya. Mereka melayani dua tujuan penting yang diketahui. Karena mereka menyerap cahaya di ujung biru spektrum, karotenoid memperluas rentang frekuensi di mana tanaman dapat terlibat dalam fotosintesis; mereka juga melindungi pigmen hijau dari kerusakan fotolitik oksidatif. Selain sifat antioksidannya, beberapa karotenoid memiliki aktivitas Vitamin A. Makanan kaya karotenoid cenderung rendah lipid.
Sintesis karotenoid di alam dilakukan dengan salah satu dari dua proses yang diketahui: satu adalah mevalonat, yang lain adalah jalur biosintesis karotenoid non-mevalonat. Kedua jalur tersebut serupa setelah mencapai isopentenil pirofosfat (IPP). Langkah selanjutnya adalah konversi menjadi dimethylallyl pyrophosphate (DMPP), kemudian geranyl pyrophosphate (GPP) dan, akhirnya, spesies 15-karbon, farnesyl pyrophosphate (FPP). Ini berfungsi sebagai perantara dalam langkah-langkah biosintesis karotenoid lebih lanjut. Dua dari struktur 15-karbon dapat digabungkan untuk membentuk karotenoid 30-C menggunakan katalis.
Jika tujuannya lebih untuk menghasilkan karotenoid 40-C atau 50-C, farnesyl diphosphate menerima IPP lain untuk membentuk perantara atom 20-karbon, geranylgeranyl diphosphate (GGPP). Ini kemudian ditambahkan secara enzimatik ke dirinya sendiri untuk menghasilkan fitoena 40-C, yang dapat diatur ulang menjadi likopen. Setelah likopen tercapai, ada berbagai jalur sintetis untuk hasil akhir yang berbeda. Likopen dapat ditambahkan lebih lanjut untuk menghasilkan karotenoid 50-C. Sebagai alternatif, struktur dapat disimpan hingga 40 karbon dan secara katalitik diubah menjadi -karoten atau -karoten, yang memulai rute ketiga dan keempat.
Pengetahuan tentang jalur biosintesis karotenoid telah ada selama beberapa dekade. Namun, baru pada tahun 1990-an pengkodean gen untuk enzim cukup diidentifikasi untuk membuat industri manufaktur menggunakan metode yang ditemukan di alam praktis. Kloning gen telah dilakukan untuk setiap langkah biosintesis karotenoid, hingga pembuatan xantofil. Ahli biologi molekuler percaya jalur karotenoid pada tanaman dapat dimanipulasi melalui teknologi transfer gen. Ini akan memungkinkan metodologi biosintesis karotenoid yang lebih mudah dan lebih murah.