Biosintesis tanaman adalah kumpulan proses alami yang dialami tanaman untuk mengubah unsur-unsur mineral anorganik seperti kalium dan nitrogen di tanah bersama dengan unsur-unsur dalam air dan udara menjadi nutrisi, menggunakan energi yang awalnya berasal dari sinar matahari. Proses ini dipecah menjadi tiga kategori dasar untuk tanaman, yang meliputi fotosintesis, respirasi, dan sintesis kimia. Seperti hewan dan organisme hidup lainnya seperti bakteri, tumbuhan bergantung pada pertukaran oksigen dan karbon dioksida di atmosfer untuk bertahan hidup. Mereka juga mensintesis dan memecah banyak senyawa yang sama dalam biosintesis tanaman yang dilakukan hewan, termasuk asam amino, lipid, dan karbohidrat.
Memahami proses kunci fotosintesis dan respirasi seluler pada tumbuhan adalah langkah pertama menuju pemahaman biosintesis pada tumbuhan secara keseluruhan. Fotosintesis adalah proses yang mengambil energi dari cahaya tampak dalam panjang gelombang tertentu dan menyimpannya dalam molekul gula pada tumbuhan melalui penggunaan koloroplas. Kloroplas adalah organel kecil di dalam sel tumbuhan yang mengandung klorofil, senyawa hijau yang memberi warna pada tumbuhan dan digunakan dalam mensintesis karbohidrat seperti gula.
Biosintesis tanaman menggunakan tiga jenis pigmen yang berbeda untuk memaksimalkan penyerapan cahayanya. Pigmen klorofil a menyerap cahaya paling kuat di sekitar panjang gelombang 430 nanometer, yang sebagian besar berwarna biru, dan klorofil b menyerap cahaya di sekitar panjang gelombang 470 nanometer yang benar-benar hijau. Pigmen lain yang dihasilkan oleh beberapa tanaman adalah karotenoid, yang menyerap cahaya dalam rentang warna kuning hingga jingga dari spektrum tampak dari panjang gelombang 500 nanometer atau lebih besar.
Respirasi tumbuhan juga merupakan fitur kunci tentang bagaimana tumbuhan berfungsi untuk mengambil karbon dioksida dan menghilangkan oksigen sebagai gas buang, tetapi mereka tidak menghirup gas ini masuk dan keluar seperti yang dilakukan hewan. Proses respirasi dalam biosintesis tanaman melibatkan tanaman yang memungkinkan udara berdifusi ke dalam struktur seluler eksternal mereka, di mana gabungan gas ini kemudian diangkut oleh air ke membran seluler internal. Energi untuk respirasi berasal dari simpanan glukosa yang dibuat selama fotosintesis. Tumbuhan memecah glukosa untuk energi seperti yang dilakukan hewan, dan cukup efisien dalam hal itu dengan perolehan energi bersih 22% hingga 38%. Ini lebih unggul dari banyak bentuk teknologi manusia modern seperti mobil, yang kurang dari 25% efisien dalam mengubah bensin menjadi energi untuk gerak.
Proses produksi energi dalam biosintesis tanaman didasarkan pada reaksi kimia yang sama yang digunakan semua hewan untuk menghasilkan energi. Tumbuhan memanfaatkan molekul adenosin trifosfat (ATP) untuk menyimpan dan melepaskan energi karena ATP dibangun secara kimiawi dan dipecah oleh mitokondria dalam sel tumbuhan. Perbedaan antara tumbuhan dan hewan dalam proses ini adalah bahwa produk limbah produksi energi untuk tanaman juga glukosa, oksigen, dan air, yang semuanya merupakan senyawa penting yang diandalkan hewan untuk bertahan hidup.
Metabolisme tanaman dari bahan kimia lain bisa sangat kompleks, dan sains terlibat secara rumit dalam mempelajari jalur biosintesis pada tanaman karena banyaknya jenis senyawa organik berguna yang dihasilkan tanaman. Enzim tanaman dikenal pada 2011 untuk mensintesis lebih dari 200,000 jenis bahan kimia yang berbeda, banyak di antaranya dapat dipanen untuk digunakan dalam produk makanan dan obat-obatan. Sebagian besar senyawa yang berguna secara komersial yang dihasilkan oleh biosintesis tanaman belum dapat dibuat dengan cara buatan dalam pengaturan laboratorium, namun, tanaman itu sendiri harus ditanam untuk memanen bahan kimia. Penelitian biosintesis tanaman pada 2011 berfokus pada metodologi aktual yang digunakan tanaman untuk membuat senyawa, dan, setelah ini dipahami secara menyeluruh, kultur sel tanaman dapat ditanam dalam jumlah besar untuk menghasilkan bahan kimia secara komersial.