Växtbiosyntes är samlingen av naturliga processer som växter genomgår för att omvandla oorganiska mineralelement som kalium och kväve i marken tillsammans med element i vatten och luft till näringsämnen, med hjälp av energi som ursprungligen kommer från solljus. Dessa processer är uppdelade i tre grundläggande kategorier för växter, som inkluderar fotosyntes, andning och kemisk syntes. Liksom djur och andra levande organismer som bakterier, är växter beroende av utbytet av syre och koldioxid i atmosfären för att överleva. De syntetiserar och bryter också ner många av samma föreningar i växtbiosyntes som djur gör, inklusive aminosyror, lipider och kolhydrater.
Att förstå nyckelprocesserna för fotosyntes och cellandning i växter är det första steget mot att förstå biosyntes i växter överlag. Fotosyntes är en process som tar energin från synligt ljus i specifika våglängder och lagrar den i sockermolekyler i växter genom användning av koloroplaster. Kloroplaster är små organeller i växtceller som innehåller klorofyll, en grön förening som ger växter sin färg och används för att syntetisera kolhydrater som socker.
Växtbiosyntes använder tre olika typer av pigment för att maximera sin absorption av ljus. Pigmentet klorofyll a absorberar ljus starkast runt 430 nanometers våglängd, som till stor del är blå till färgen, och klorofyll b absorberar ljus runt en 470 nanometer våglängd som är äkta grönt. Ett annat pigment som produceras av vissa växter är karotenoid, som absorberar ljus i det gula till orangea området av det synliga spektrumet från 500 nanometer våglängder eller mer.
Växtandning är också en nyckelfunktion för hur växter fungerar för att ta in koldioxid och ta bort syre som avgas, men de andas inte dessa gaser in och ut som djur gör. Andningsprocessen i växtbiosyntes innebär att växter låter luft diffundera in i sin externa cellulära struktur, där dessa kombinerade gaser sedan transporteras med vatten till inre cellmembran. Energin för andning kommer från lagrad glukos som skapas under fotosyntesen. Växter bryter ner glukos för energi precis som djur gör, och är ganska effektiva på det med en nettoenergivinst på 22% till 38%. Detta är överlägset många former av modern mänsklig teknologi, såsom bilen, som är mindre än 25 % effektiv när det gäller att omvandla bensin till energi för rörelse.
Energiproduktionsprocessen i växtbiosyntes bygger på samma kemiska reaktion som alla djur använder för att generera energi. Växter använder molekyler av adenosintrifosfat (ATP) för att både lagra och frigöra energi eftersom ATP både byggs upp kemiskt och bryts ner av mitokondrier i växtceller. Skillnaden mellan växter och djur i denna process är att avfallsprodukterna från energiproduktion för växter också är glukos, syre och vatten, som alla är väsentliga föreningar som djur är beroende av för att överleva.
Växtmetabolism av andra kemikalier kan vara extremt komplex, och vetenskapen är intrikat involverad i att studera biosyntesvägar i växter på grund av de många typer av användbara organiska föreningar som växter producerar. Växtenzymer är kända från och med 2011 för att syntetisera över 200,000 2011 olika typer av kemikalier, av vilka många kan skördas för användning i livsmedel och läkemedel. De flesta kommersiellt användbara föreningar som produceras genom växtbiosyntes kan dock ännu inte tillverkas på konstgjord väg i laboratoriemiljöer, så själva växterna måste odlas för att skörda kemikalierna. Forskning om växtbiosyntes från och med XNUMX fokuserar på den faktiska metodiken som en växt använder för att skapa en förening, och när detta väl är förstått kan cellkulturer av växten odlas i stort antal för att producera kemikalien kommersiellt.