Terpenoidit, joita kutsutaan myös isoprenoideiksi, ovat orgaanisia yhdisteitä, joiden hiilirunko on johdettu yhdistämällä isopreeni (CH2 = C (CH3) CH = CH2) -yksiköt yhteen. Karotenoidit, yksi terpenoidien alatyyppi, luokitellaan luokkiin 30-C, 40-C ja niin edelleen, niiden luuston hiiliatomien lukumäärän perusteella. Ne voidaan valmistaa laboratoriossa biosynteesillä, jota joskus kutsutaan biogeneesiksi, jäljittelemällä luonnossa esiintyviä prosesseja. Alkaen pienistä ja yksinkertaisista molekyyleistä, kuten isopentenyylidifosfaatista, lisäyksiä tapahtuu vaiheittain katalyyttisten entsyymien läsnä ollessa, kunnes lopputuotteet saavutetaan. Vaikka reaktiot tunnetaan niiden kemiallisesta reitistä, valmistus voi sisältää mikrobeja.
Karotenoidit-mukaan lukien β-karoteeni, lykopeeni ja ksantofyllit-ovat kelta-punaisia väriaineita, joita esiintyy porkkanoissa, aprikooseissa, pinaatissa ja muissa hedelmissä ja vihanneksissa. Niillä on kaksi tunnettua olennaista tarkoitusta. Koska ne absorboivat valoa spektrin sinisestä päästä, karotenoidit laajentavat taajuusaluetta, jolla kasvit voivat osallistua fotosynteesiin; ne myös suojaavat vihreää pigmenttiä oksidatiivisilta fotolyyttisiltä vaurioilta. Antioksidanttisten ominaisuuksiensa lisäksi joillakin karotenoideilla on A -vitamiiniaktiivisuutta. Ruoat, joissa on paljon karotenoideja, ovat yleensä vähäisiä.
Karotenoidien synteesi luonnossa suoritetaan jollakin kahdesta tunnetusta prosessista: toinen on mevalonaatti, toinen ei-mevalonaattikarotenoidien biosynteesireitti. Molemmat reitit ovat samanlaisia, kun ne saavuttavat isopentenyylipyrofosfaatin (IPP). Seuraava vaihe on muuntaminen dimetyyliallyylipyrofosfaatiksi (DMPP), sitten geranyylipyrofosfaatiksi (GPP) ja lopuksi 15-hiililajiksi, farnesyylipyrofosfaatiksi (FPP). Tämä toimii välituotteena tulevissa karotenoidien biosynteesivaiheissa. Kaksi 15-hiilirakenteesta voidaan yhdistää 30-C-karotenoideiksi katalyytin avulla.
Jos tarkoituksena on pikemminkin tuottaa 40-C- tai 50-C-karotenoideja, farnesyylidifosfaatti saa toisen IPP: n muodostaen 20-hiiliatomisen välituotteen, geranyyligeranyylidifosfaatin (GGPP). Tämä lisätään sitten entsymaattisesti itseensä 40-C-fytoenin tuottamiseksi, joka voidaan järjestää uudelleen lykopeeniksi. Kun lykopeeni on saavutettu, on olemassa erilaisia synteettisiä reittejä erilaisiin lopputuloksiin. Lykopeenia voidaan lisätä edelleen 50-C karotenoidien tuottamiseksi. Vaihtoehtoisesti rakenteet voidaan pitää 40 hiilellä ja ne voidaan katalyyttisesti muuttaa a-karoteeniksi tai β-karoteeniksi, joka aloittaa kolmannen ja neljännen reitin.
Tieto karotenoidien biosynteesin reiteistä on ollut olemassa vuosikymmeniä. Vasta 1990 -luvulla entsyymejä koodaava geeni tunnistettiin riittävän hyvin, jotta teollinen valmistus luonnossa käytettyjen menetelmien avulla olisi käytännöllistä. Geenikloonaus on suoritettu kussakin karotenoidien biosynteesin vaiheessa aina ksantofyllien valmistukseen asti. Molekyylibiologit uskovat, että karotenoidireitti kasveissa voi olla manipuloitavissa geenisiirtotekniikan avulla. Tämä mahdollistaisi helpommat ja halvemmat karotenoidien biosynteesimenetelmät.