Karotinoīdi pieder pie organisko savienojumu terpenoīdu klases, īpaši tetraterpenoīdiem. Tās ir fitoķīmiskas vielas, kas sastopamas gandrīz tikai augos, un tās iedala divās kategorijās: karotīni, kas nesatur skābekli, un skābekli saturoši ksantofili. Terpenoīdus var iegūt, vismaz teorētiski, savienojot kopā vai “polimerizējot” izoprēna molekulas, CH2=C(CH3)CH=CH2. Tetraterpenoīdu skeletos ir četras 10 oglekļa terpēna vienības, kas kopā veido 40 oglekļa atomus. Sašaurinot definīciju, Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība atsaucas uz karotinoīdu struktūru kā tiem tetraterpenoīdiem, kas formāli iegūti no acikliskā sākotnējā likopēna.
Karotinoīdu struktūrā ir tieši 40 skeleta oglekli, kas teorētiski ir atvasināmi, savienojot izoprēna vienības un sastāv tikai no oglekļa, ūdeņraža un, iespējams, skābekļa. Karotinoīdu struktūrā ietilpst arī komponents, ko sauc par hromoforu, kas ir atbildīgs par molekulas krāsu. Šie organiskie savienojumi ir bioloģiski un uztura ziņā svarīgi, un tie ir nesaraujami saistīti ar dzīvību uzturošo fotosintēzes procesu.
Polimerizācija ir iespējama, jo izoprēnam ir divas dubultās saites. Katrai izoprēna molekulai ir pieci oglekļa atomi, tāpēc, apvienojot divas molekulas, veidojas viena ķēde ar 10 oglekļa atomiem. Izaugsme var turpināties tālāk par šo garumu, jo katras dalībnieka molekulas otrā dubultsaite paliek neizmantota. Var veidoties daudz dažādu terpenoīdu struktūru, jo izoprēna molekula nav simetriska. Savienošanās var notikt ar galvu pret galvu, no galvas līdz asti vai no astes līdz asti; jo garāka ķēde, jo lielāks ir kombināciju skaits.
Karotinoīdi ir viens no uzturvērtības ziņā labvēlīgajiem pārtikas produktiem, kas atrodami augļos un dārzeņos. Starp uzturvielām ir luteīns, zeaksantīns un likopēns. Lielākajai daļai karotinoīdu piemīt antioksidanta īpašības. Dažus, tostarp alfa un beta karotīnu un beta kriptoksantīnu, organisms var pārveidot par strukturāli līdzīgu retinolu, A vitamīnu. Dārzeņu spilgtās krāsas, īpaši kukurūzas dzeltenā, burkānu oranžā un tomātu sarkanā krāsa. , pastāv karotinoīdu dēļ.
Molekulas daļa, kas rada karotinoīdu struktūrā esošās krāsas, ir hromofors, kas nozīmē “krāsu nesējs”. To lielā mērā nosaka nepārtraukta mainīgo dubultsaišu kolekcija, kas atrodama molekulā. Šī pi elektronu kolekcija absorbē enerģiju, kas sakrīt ar redzamā spektra daļu. Tas, kas paliek pāri neuzsūkto krāsu veidā, nosaka augļa vai dārzeņa krāsu. Tādējādi dzeltens dārzenis absorbē gaismu, īpaši spektra zilajā daļā.
Karotinoīdi ir atrodami augu hloroplastos un hromoplastos. Tie veic divas īpašas funkcijas. Savienojumi gan absorbē gaismu, ko var izmantot fotosintēzes procesā, izmantojot enerģijas pārnesi, gan kalpo, lai aizsargātu smalkās hlorofila molekulas no kaitīgas ultravioletās gaismas iedarbības. Rudenī dažviet pasaulē, samazinoties hlorofila daudzumam, karotinoīdi bieži atklājas daudzu augu skaistās krāsās, kas mainās atkarībā no gadalaika. Daudzu karotinoīdu sadalīšanās produkti piešķir patīkamus aromātus; daži no šādiem savienojumiem tiek izmantoti esences, smaržu un aromatizētāju rūpniecībā.