Terpenoidai, dar vadinami izoprenoidais, yra organiniai junginiai, kurių anglies skeletas gaunamas sujungiant izopreno (CH2=C(CH3)CH=CH2) vienetus. Karotinoidai, vienas iš terpenoidų potipių, pagal skeleto anglies atomų skaičių skirstomi į 30-C, 40-C ir kt. Jie gali būti gaminami laboratorijoje biosintezės būdu, kartais vadinama biogeneze, imituojant gamtoje vykstančius procesus. Pradedant nuo mažų ir paprastų molekulių, tokių kaip izopentenildifosfatas, priedai vyksta palaipsniui, dalyvaujant kataliziniams fermentams, kol gaunami galutiniai produktai. Nors reakcijos žinomos pagal jų cheminį kelią, gamyboje gali būti naudojami mikrobai.
Karotinoidai, įskaitant β-karoteną, likopeną ir ksantofilus, yra nuo geltonos iki raudonos spalvos dažikliai, kurių yra morkose, abrikosuose, špinatuose ir kituose vaisiuose bei daržovėse. Jie tarnauja dviem žinomiems esminiams tikslams. Kadangi jie sugeria šviesą mėlynajame spektro gale, karotinoidai išplečia dažnių diapazoną, kuriuo augalai gali dalyvauti fotosintezėje; jie taip pat apsaugo žalią pigmentą nuo oksidacinio fotolizės pažeidimo. Be antioksidacinių savybių, kai kurie karotenoidai turi ir vitamino A aktyvumą. Maisto produktai, kuriuose gausu karotinoidų, paprastai turi mažai lipidų.
Karotinoidų sintezė gamtoje atliekama vienu iš dviejų žinomų procesų: vienas yra mevalonatas, kitas yra nemevalonato karotinoidų biosintezės kelias. Pasiekus izopentenilo pirofosfatą (IPP), abu keliai yra panašūs. Kitas žingsnis yra pavertimas dimetilalilo pirofosfatu (DMPP), tada geranilo pirofosfatu (GPP) ir galiausiai 15 anglies junginių farnezilo pirofosfatu (FPP). Tai yra tarpinis produktas tolesniuose karotinoidų biosintezės etapuose. Dvi iš 15 anglies struktūrų gali būti sujungtos, kad susidarytų 30-C karotinoidai naudojant katalizatorių.
Jei siekiama gaminti 40-C arba 50-C karotinoidus, farnezildifosfatas gauna kitą IPP, kad susidarytų 20 anglies atomų tarpinis produktas, geranilgeranilo difosfatas (GGPP). Tada jis fermentiškai pridedamas prie savęs, kad susidarytų 40-C fitoenas, kuris gali būti pertvarkytas į likopeną. Kai pasiekiamas likopenas, yra įvairių sintetinių būdų, kaip pasiekti skirtingus galutinius rezultatus. Likopenas gali būti papildomas, kad susidarytų 50-C karotinoidai. Arba struktūros gali būti laikomos iki 40 anglies atomų ir kataliziškai paverčiamos α-karotenu arba β-karotenu, kurie inicijuoja trečiąjį ir ketvirtąjį kelią.
Žinios apie karotinoidų biosintezės kelius egzistavo dešimtmečius. Tačiau tik praėjusio amžiaus dešimtajame dešimtmetyje fermentus koduojantis genas buvo pakankamai identifikuotas, kad pramoninė gamyba būtų praktiška naudojant gamtoje esančius metodus. Genų klonavimas buvo atliktas kiekviename karotinoidų biosintezės etape, iki pat ksantofilų gamybos. Molekuliniai biologai mano, kad karotinoidų kelias augaluose gali būti manipuliuojamas naudojant genų perdavimo technologiją. Tai leistų lengviau ir pigiau naudoti karotinoidų biosintezės metodikas.