Kasvien biosynteesi on kokoelma luonnollisia prosesseja, joita kasvit käyvät muuttamaan epäorgaaniset mineraalielementit, kuten kalium ja typpi maaperässä, sekä veden ja ilman elementit ravinteiksi käyttämällä alun perin auringonvalosta saatua energiaa. Nämä prosessit on jaettu kolmeen kasvien perusluokkaan, joihin kuuluvat fotosynteesi, hengitys ja kemiallinen synteesi. Kuten eläimet ja muut elävät organismit, kuten bakteerit, kasvitkin turvautuvat hapen ja hiilidioksidin vaihtoon ilmakehässä selviytyäkseen. Ne myös syntetisoivat ja hajottavat monia samoja yhdisteitä kasvien biosynteesissä kuin eläimet, mukaan lukien aminohapot, lipidit ja hiilihydraatit.
Kasvien fotosynteesin ja soluhengityksen keskeisten prosessien ymmärtäminen on ensimmäinen askel kohti kasvien biosynteesin ymmärtämistä. Fotosynteesi on prosessi, joka ottaa energian näkyvästä valosta tietyillä aallonpituuksilla ja varastoi sen kasvien sokerimolekyyleihin käyttämällä koloroplasteja. Kloroplastit ovat pieniä organelleja kasvisoluissa, jotka sisältävät klorofylliä, vihreää yhdistettä, joka antaa kasveille värin ja jota käytetään hiilihydraattien, kuten sokerin, syntetisointiin.
Kasvien biosynteesi käyttää kolmea erilaista pigmenttiä maksimoidakseen valon imeytymisen. Pigmentti klorofylli a absorboi voimakkaimmin valoa 430 nanometrin aallonpituudella, joka on suurelta osin sinistä, ja klorofylli b absorboi valoa noin 470 nanometrin aallonpituudella, joka on tosi vihreää. Toinen joidenkin kasvien tuottama pigmentti on karotenoidi, joka absorboi valoa näkyvän spektrin keltaisesta oranssiin alueeseen 500 nanometrin aallonpituuksilta tai sitä suuremmilta.
Kasvien hengitys on myös keskeinen piirre siinä, miten kasvit toimivat ottamaan hiilidioksidia ja poistamaan happea jätekaasuna, mutta ne eivät hengitä näitä kaasuja sisään ja ulos kuin eläimet. Hengitysprosessi kasvien biosynteesissä sisältää kasveja, jotka sallivat ilman leviämisen ulkoiseen solurakenteeseensa, jossa nämä yhdistetyt kaasut kuljetetaan sitten vedellä sisäisiin solukalvoihin. Hengitykseen tarvittava energia tulee fotosynteesin aikana syntyneestä varastoidusta glukoosista. Kasvit hajottavat glukoosia energian saamiseksi aivan kuten eläimetkin, ja ovat melko tehokkaita siinä, ja niiden nettoenergian lisäys on 22–38%. Tämä on parempi kuin monet modernin ihmistekniikan muodot, kuten auto, joka on alle 25% tehokas bensiinin muuntamisessa energiaksi liikettä varten.
Kasvien biosynteesin energiantuotantoprosessi perustuu samaan kemialliseen reaktioon, jota kaikki eläimet käyttävät energian tuottamiseen. Kasvit hyödyntävät adenosiinitrifosfaattimolekyylejä (ATP) sekä varastoimaan että vapauttamaan energiaa, koska ATP sekä muodostuu kemiallisesti että mitokondrioiden hajoama kasvisoluissa. Ero kasvien ja eläinten välillä tässä prosessissa on, että kasvien energiantuotannon jätteet ovat myös glukoosia, happea ja vettä, jotka kaikki ovat välttämättömiä yhdisteitä, joihin eläimet turvautuvat selviytyäkseen.
Muiden kemikaalien aineenvaihdunta kasveissa voi olla erittäin monimutkaista, ja tiede on monimutkaisesti mukana kasvien biosynteesireittien tutkimisessa, koska kasvit tuottavat lukuisia hyödyllisiä orgaanisia yhdisteitä. Kasvientsyymien tiedetään vuodesta 2011 lähtien syntetisoivan yli 200,000 2011 erilaista kemikaalia, joista monet voidaan kerätä käytettäväksi elintarvikkeissa ja lääkkeissä. Useimpia kaupallisesti käyttökelpoisia yhdisteitä, jotka on tuotettu kasvien biosynteesillä, ei kuitenkaan voida vielä valmistaa keinotekoisin keinoin laboratorio -olosuhteissa, joten itse kasveja on kasvatettava kemikaalien keräämiseksi. Kasvien biosynteesin tutkimus vuodesta XNUMX keskittyy varsinaiseen menetelmään, jota kasvi käyttää yhdisteen luomiseen, ja kun tämä on ymmärretty perusteellisesti, kasvin soluviljelmiä voidaan kasvattaa suuria määriä kemikaalin tuottamiseksi kaupallisesti.