Augalų biosintezė – tai natūralių procesų, vykstančių augalams, visuma, kad neorganiniai mineraliniai elementai, tokie kaip kalis ir azotas dirvožemyje, kartu su elementais vandenyje ir ore, virstų maistinėmis medžiagomis, naudojant energiją, gautą iš pradžių iš saulės šviesos. Šie procesai skirstomi į tris pagrindines augalų kategorijas, kurios apima fotosintezę, kvėpavimą ir cheminę sintezę. Kaip ir gyvūnai bei kiti gyvi organizmai, pavyzdžiui, bakterijos, augalai, norėdami išgyventi, priklauso nuo deguonies ir anglies dioksido mainų atmosferoje. Jie taip pat sintetina ir skaido daugelį tų pačių junginių, kuriuos atlieka gyvūnai, įskaitant aminorūgštis, lipidus ir angliavandenius, augalų biosintezėje.
Pagrindinių augalų fotosintezės ir ląstelių kvėpavimo procesų supratimas yra pirmasis žingsnis siekiant suprasti augalų biosintezę apskritai. Fotosintezė yra procesas, kurio metu gaunama energija iš matomos šviesos tam tikru bangos ilgiu ir kaupiama augalų cukraus molekulėse, naudojant choloroplastus. Chloroplastai yra mažos organelės augalų ląstelėse, kuriose yra chlorofilo – žalio junginio, suteikiančio augalams spalvą ir kuris naudojamas angliavandeniams, pvz., cukrui, sintezuoti.
Augalų biosintezei naudojami trys skirtingi pigmentų tipai, kad maksimaliai sugertų šviesą. Pigmentas chlorofilas a stipriausiai sugeria šviesą aplink 430 nanometrų bangos ilgį, kuris daugiausia yra mėlynos spalvos, o chlorofilas b sugeria šviesą maždaug 470 nanometrų bangos ilgio, kuris yra tikras žalias. Kitas pigmentas, kurį gamina kai kurie augalai, yra karotenoidas, kuris sugeria šviesą nuo geltonos iki oranžinės spalvos matomo spektro diapazone nuo 500 nanometrų ar didesnio bangos ilgio.
Augalų kvėpavimas taip pat yra pagrindinis bruožas, kaip augalai pasisavina anglies dioksidą ir pašalina deguonį kaip išmetamąsias dujas, tačiau jie neįkvepia šių dujų, kaip tai daro gyvūnai. Kvėpavimo procesas augalų biosintezėje apima augalus, leidžiančius orui difunduoti į jų išorinę ląstelių struktūrą, kur šios sujungtos dujos vėliau transportuojamos vandeniu į vidines ląstelių membranas. Energija kvėpavimui gaunama iš sukauptos gliukozės, susidariusios fotosintezės metu. Augalai skaido gliukozę energijai gauti, kaip ir gyvūnai, ir yra gana efektyvūs, nes grynasis energijos prieaugis yra 22–38%. Tai pranašesnė už daugelį šiuolaikinių žmogaus technologijų, tokių kaip automobilis, kurio efektyvumas benziną paverčia judėjimo energija mažiau nei 25 %.
Energijos gamybos procesas augalų biosintezėje yra pagrįstas ta pačia chemine reakcija, kurią visi gyvūnai naudoja energijai gaminti. Augalai naudoja adenozino trifosfato (ATP) molekules energijai kaupti ir išlaisvinti, nes ATP kaupiasi chemiškai ir skaido mitochondrijos augalų ląstelėse. Skirtumas tarp augalų ir gyvūnų šiame procese yra tas, kad augalų energijos gamybos atliekos taip pat yra gliukozė, deguonis ir vanduo, kurie visi yra būtini junginiai, kuriais gyvūnai išgyvena.
Kitų cheminių medžiagų apykaita augaluose gali būti labai sudėtinga, o mokslas yra sudėtingai susijęs su augalų biosintezės takų tyrimu dėl daugybės naudingų organinių junginių, kuriuos gamina augalai. 2011 m. žinoma, kad augalų fermentai sintezuoja daugiau nei 200,000 2011 skirtingų rūšių cheminių medžiagų, iš kurių daugelis gali būti surinktos naudoti maisto produktams ir vaistams. Tačiau daugumos komerciškai naudingų junginių, pagamintų augalų biosintezės būdu, dirbtiniu būdu laboratorijoje dar negalima pagaminti, todėl patys augalai turi būti auginami, kad būtų galima surinkti chemines medžiagas. XNUMX m. atliekant augalų biosintezės tyrimus, pagrindinis dėmesys skiriamas faktinei metodikai, kurią augalas naudoja kurdamas junginį, o tai gerai supratus, galima auginti daug augalų ląstelių kultūrų, kad būtų galima komerciškai gaminti cheminę medžiagą.