Terpenoidi, imenovani tudi izoprenoidi, so organske spojine, katerih ogljikov skelet nastane s povezovanjem enot izoprena (CH2=C(CH3)CH=CH2). Karotenoidi, ena podvrsta terpenoidov, so kategorizirani kot 30-C, 40-C in tako naprej, glede na njihovo število skeletnih ogljikovih atomov. Lahko jih proizvedemo v laboratoriju z biosintezo, včasih imenovano biogeneza, ki posnema procese, ki jih najdemo v naravi. Začenši z majhnimi in preprostimi molekulami, kot je izopentenil difosfat, dodajanja potekajo postopoma v prisotnosti katalitskih encimov, dokler niso doseženi končni produkti. Čeprav so reakcije znane po svoji kemični poti, lahko proizvodnja vključuje uporabo mikrobov.
Karotenoidi – vključno z β-karotenom, likopenom in ksantofili – so rumeno-rdeča barvila, ki se nahajajo v korenju, marelicah, špinači in drugem sadju in zelenjavi. Služijo dvema znanim bistvenim namenom. Ker absorbirajo svetlobo na modrem koncu spektra, karotenoidi razširijo obseg frekvenc, s katerimi se rastline lahko vključijo v fotosintezo; ščitijo tudi zeleni pigment pred oksidativnimi fotolitičnimi poškodbami. Poleg svojih antioksidativnih lastnosti imajo nekateri karotenoidi aktivnost vitamina A. Živila, bogata s karotenoidi, imajo običajno nizko vsebnost lipidov.
Sinteza karotenoidov v naravi poteka z enim od dveh znanih procesov: eden je mevalonat, drugi je pot biosinteze karotenoidov brez mevalonata. Obe poti sta podobni, ko dosežeta izopentenil pirofosfat (IPP). Naslednji korak je pretvorba v dimetilalil pirofosfat (DMPP), nato v geranil pirofosfat (GPP) in končno v 15-ogljikovo vrsto, farnezil pirofosfat (FPP). To služi kot vmesni produkt v nadaljnjih korakih biosinteze karotenoidov. Dve od 15-ogljičnih struktur se lahko združita v 30-C karotenoide z uporabo katalizatorja.
Če je namen raje proizvesti 40-C ali 50-C karotenoide, farnezil difosfat prejme še en IPP, da tvori intermediat z 20-ogljičnimi atomi, geranilgeranil difosfat (GGPP). Ta se nato encimsko doda sam sebi, da nastane fitoen 40-C, ki ga je mogoče preurediti v likopen. Ko je likopen dosežen, obstajajo različne sintetične poti do različnih končnih rezultatov. Za proizvodnjo 50-C karotenoidov lahko dodamo še likopen. Druga možnost je, da se strukture lahko obdržijo na 40 ogljikovih atomih in jih katalitsko pretvorijo v α-karoten ali β-karoten, ki sprožita tretjo in četrto pot.
Poznavanje poti biosinteze karotenoidov obstaja že desetletja. Šele v devetdesetih letih prejšnjega stoletja je bil gen, ki kodira encime, dovolj identificiran, da je industrijska proizvodnja z uporabo metod, ki jih najdemo v naravi, praktična. Kloniranje genov je bilo opravljeno za vsako od stopenj biosinteze karotenoidov, vse do proizvodnje ksantofilijev. Molekularni biologi verjamejo, da je s karotenoidno potjo v rastlinah mogoče manipulirati s tehnologijo prenosa genov. To bi omogočilo lažje in cenejše metodologije biosinteze karotenoidov.