Terpenoīdi, saukti arī par izoprenoīdiem, ir organiski savienojumi, kuru oglekļa karkass ir iegūts, savienojot kopā izoprēna (CH2=C(CH3)CH=CH2) vienības. Karotinoīdi, viens no terpenoīdu apakštipiem, tiek klasificēti kā 30-C, 40-C un tā tālāk, pamatojoties uz to skeleta oglekļa atomu skaitu. Tos var ražot laboratorijā, izmantojot biosintēzi, ko dažreiz sauc par bioģenēzi, imitējot dabā sastopamos procesus. Sākot ar mazām un vienkāršām molekulām, piemēram, izopentenildifosfātu, pievienošana notiek pakāpeniski katalītisko enzīmu klātbūtnē, līdz tiek sasniegti gala produkti. Lai gan reakcijas ir zināmas pēc to ķīmiskā ceļa, ražošanā var izmantot mikrobus.
Karotinoīdi, tostarp β-karotīns, likopēns un ksantofili, ir dzeltenas līdz sarkanas krāsvielas, kas sastopamas burkānos, aprikozēs, spinātos un citos augļos un dārzeņos. Tie kalpo diviem zināmiem būtiskiem mērķiem. Tā kā karotinoīdi absorbē gaismu spektra zilajā galā, tie paplašina frekvences diapazonu, kurā augi var iesaistīties fotosintēzē; tie arī aizsargā zaļo pigmentu no oksidatīviem fotolītiskiem bojājumiem. Papildus antioksidanta īpašībām dažiem karotinoīdiem piemīt A vitamīna aktivitāte. Ar karotinoīdiem bagāti pārtikas produkti parasti satur zemu lipīdu saturu.
Karotinoīdu sintēze dabā tiek veikta ar vienu no diviem zināmiem procesiem: viens ir mevalonāts, otrs ir nemevalonātu karotinoīdu biosintēzes ceļš. Abi ceļi ir līdzīgi, kad tie sasniedz izopentenilpirofosfātu (IPP). Nākamais solis ir pārvēršana par dimetilallilpirofosfātu (DMPP), pēc tam par geranilpirofosfātu (GPP) un, visbeidzot, par 15 oglekļa sugām farnezilpirofosfātu (FPP). Tas kalpo kā starpprodukts turpmākajos karotinoīdu biosintēzes posmos. Divas no 15 oglekļa struktūrām var savienot, veidojot 30-C karotinoīdus, izmantojot katalizatoru.
Ja nolūks ir drīzāk ražot 40-C vai 50-C karotinoīdus, farnezildifosfāts saņem vēl vienu IPP, veidojot 20 oglekļa atomu starpproduktu, geranilgeranildifosfātu (GGPP). Pēc tam tas tiek fermentatīvi pievienots, lai iegūtu 40-C fitoēnu, ko var pārkārtot par likopēnu. Kad tiek sasniegts likopēns, pastāv dažādi sintētiskie ceļi, lai sasniegtu dažādus galarezultātus. Likopēnu var pievienot tālāk, lai iegūtu 50-C karotinoīdus. Alternatīvi, struktūras var saglabāt līdz 40 oglekļa atomiem un katalītiski pārveidot par α-karotīnu vai β-karotīnu, kas sāk trešo un ceturto ceļu.
Zināšanas par karotinoīdu biosintēzes ceļiem ir pastāvējušas gadu desmitiem. Tomēr tikai deviņdesmitajos gados tika pietiekami identificēts gēns, kas kodē fermentus, lai rūpniecisko ražošanu, izmantojot dabā sastopamās metodes, padarītu praktisku. Gēnu klonēšana ir veikta katrā karotinoīdu biosintēzes posmā, līdz pat ksantofilu ražošanai. Molekulārie biologi uzskata, ka karotinoīdu ceļu augos var manipulēt, izmantojot gēnu pārneses tehnoloģiju. Tas ļautu izmantot vieglākas un lētākas karotinoīdu biosintēzes metodes.