Karotenoid termasuk dalam golongan senyawa organik terpenoid, khususnya tetraterpenoid. Mereka adalah fitokimia, terjadi hampir secara eksklusif pada tumbuhan, dan dibagi menjadi dua kategori: karoten bebas oksigen dan xantofil yang mengandung oksigen. Terpenoid dapat diturunkan, setidaknya secara teoritis, dengan menghubungkan bersama atau “polimerisasi” molekul isoprena, CH2=C(CH3)CH=CH2. Kerangka tetraterpenoid mengandung empat unit terpene 10-karbon dengan total 40 atom karbon. Mempersempit definisi, International Union of Pure and Applied Chemistry mengacu pada struktur karotenoid sebagai tetraterpenoid yang secara formal diturunkan dari likopen induk asiklik.
Dalam struktur karotenoid, terdapat tepat 40 kerangka karbon, secara teori dapat diturunkan dengan menghubungkan unit-unit isoprena dan hanya terdiri dari karbon, hidrogen, dan kemungkinan oksigen. Struktur karotenoid juga mencakup komponen yang disebut kromofor, yang bertanggung jawab atas warna molekul. Senyawa organik ini secara biologis dan nutrisi penting dan terkait erat dengan proses fotosintesis yang menopang kehidupan.
Polimerisasi dimungkinkan karena isoprena memiliki dua ikatan rangkap. Setiap molekul isoprena memiliki lima atom karbon, sehingga menggabungkan dua molekul menghasilkan rantai tunggal 10 atom karbon. Pertumbuhan dapat berlanjut melampaui panjang ini, karena ikatan rangkap kedua untuk setiap molekul peserta tetap tidak digunakan. Ada berbagai macam struktur terpenoid yang dapat terbentuk, karena molekul isoprena tidak simetris. Penggabungan dapat dilakukan secara head-to-head, head-to-tail atau tail-to-tail; semakin panjang rantainya, semakin banyak jumlah kombinasinya.
Karotenoid adalah salah satu makanan bergizi bermanfaat yang ditemukan dalam buah-buahan dan sayuran. Di antara nutrisi tersebut adalah lutein, zeaxanthine dan lycopene. Sebagian besar karotenoid memiliki sifat antioksidan. Beberapa, termasuk alfa- dan beta-karoten dan beta-cryptoxanthin, dapat diubah oleh tubuh menjadi retinol yang secara struktural mirip, vitamin A. Warna-warna cerah dari sayuran, terutama kuning jagung, oranye wortel dan merah tomat , ada karena karotenoid.
Bagian dari molekul yang menghasilkan warna yang ditemukan dalam struktur karotenoid adalah kromofor, yang berarti “bantalan warna”. Ini sangat ditentukan oleh kumpulan ikatan rangkap bolak-balik yang tidak terputus yang ditemukan dalam molekul. Kumpulan elektron pi ini menyerap energi yang bertepatan dengan bagian dari spektrum yang terlihat. Apa yang tersisa melalui warna yang tidak diserap menentukan warna buah atau sayuran. Jadi, sayuran kuning menyerap cahaya terutama di bagian spektrum biru.
Karotenoid terdapat pada kloroplas dan kromoplas tumbuhan. Mereka melayani dua fungsi khusus. Kedua senyawa tersebut menyerap cahaya yang dapat digunakan dalam proses fotosintesis melalui transfer energi dan berfungsi untuk melindungi molekul klorofil yang halus dari paparan sinar ultraviolet yang merusak. Pada musim gugur di beberapa bagian dunia, ketika jumlah klorofil berkurang, karotenoid sering menampakkan diri dalam warna-warna indah dari banyak tanaman yang berubah seiring musim. Produk dekomposisi dari banyak karotenoid memberikan aroma yang menyenangkan; beberapa senyawa tersebut digunakan dalam industri esensi, parfum dan penyedap.