Biosynteza roślin to zbiór naturalnych procesów, którym przechodzą rośliny, aby przekształcić nieorganiczne składniki mineralne, takie jak potas i azot w glebie, a także pierwiastki zawarte w wodzie i powietrzu, w składniki odżywcze, wykorzystując energię pochodzącą początkowo ze światła słonecznego. Procesy te są podzielone na trzy podstawowe kategorie dla roślin, które obejmują fotosyntezę, oddychanie i syntezę chemiczną. Podobnie jak zwierzęta i inne żywe organizmy, takie jak bakterie, rośliny, aby przetrwać, opierają się na wymianie tlenu i dwutlenku węgla w atmosferze. Ponadto syntetyzują i rozkładają wiele takich samych związków w biosyntezie roślin, które robią zwierzęta, w tym aminokwasy, lipidy i węglowodany.
Zrozumienie kluczowych procesów fotosyntezy i oddychania komórkowego w roślinach jest pierwszym krokiem w kierunku ogólnego zrozumienia biosyntezy roślin. Fotosynteza to proces polegający na pobieraniu energii ze światła widzialnego o określonych długościach fal i magazynowaniu jej w cząsteczkach cukru w roślinach dzięki zastosowaniu chloroplastów. Chloroplasty to małe organelle w komórkach roślinnych, które zawierają chlorofil, zielony związek, który nadaje roślinom ich kolor i jest używany do syntezy węglowodanów, takich jak cukier.
Biosynteza roślin wykorzystuje trzy różne rodzaje pigmentów, aby zmaksymalizować absorpcję światła. Pigmentowy chlorofil a pochłania najsilniej światło o długości fali 430 nanometrów, która jest w większości w kolorze niebieskim, a chlorofil b pochłania światło o długości fali 470 nanometrów, która jest prawdziwa zielona. Innym pigmentem wytwarzanym przez niektóre rośliny jest karotenoid, który pochłania światło w zakresie od żółtego do pomarańczowego widma widzialnego z długości fali 500 nanometrów lub większej.
Oddychanie roślin jest również kluczową cechą tego, w jaki sposób rośliny pobierają dwutlenek węgla i usuwają tlen jako gaz odpadowy, ale nie wdychają i wydychają tych gazów, jak robią to zwierzęta. Proces oddychania w biosyntezie roślin obejmuje rośliny umożliwiające dyfuzję powietrza do ich zewnętrznej struktury komórkowej, gdzie te połączone gazy są następnie transportowane przez wodę do wewnętrznych błon komórkowych. Energia do oddychania pochodzi ze zmagazynowanej glukozy wytworzonej podczas fotosyntezy. Rośliny rozkładają glukozę na energię, tak jak robią to zwierzęta, i są w tym dość wydajne, przy zysku netto energii wynoszącym od 22% do 38%. Jest to lepsze od wielu form nowoczesnej ludzkiej technologii, takich jak samochód, który jest mniej niż 25% wydajny w przekształcaniu benzyny w energię potrzebną do ruchu.
Proces produkcji energii w biosyntezie roślin opiera się na tej samej reakcji chemicznej, którą wszystkie zwierzęta wykorzystują do wytwarzania energii. Rośliny wykorzystują cząsteczki adenozynotrójfosforanu (ATP) zarówno do przechowywania, jak i uwalniania energii, ponieważ ATP jest gromadzone chemicznie i rozkładane przez mitochondria w komórkach roślinnych. Różnica między roślinami i zwierzętami w tym procesie polega na tym, że produktami odpadowymi produkcji energii dla roślin są również glukoza, tlen i woda, z których wszystkie są niezbędnymi związkami, na których zwierzęta polegają, aby przetrwać.
Metabolizm innych substancji chemicznych w roślinach może być niezwykle złożony, a nauka jest misternie zaangażowana w badanie ścieżek biosyntezy w roślinach ze względu na liczne rodzaje użytecznych związków organicznych wytwarzanych przez rośliny. Wiadomo, że od 2011 r. enzymy roślinne syntetyzują ponad 200,000 2011 różnych rodzajów chemikaliów, z których wiele można zebrać do wykorzystania w produktach spożywczych i lekach. Jednak większości komercyjnie użytecznych związków wytwarzanych przez biosyntezę roślin nie można jeszcze wytworzyć sztucznymi środkami w warunkach laboratoryjnych, więc same rośliny muszą być uprawiane, aby zebrać chemikalia. Badania nad biosyntezą roślin od XNUMX roku skupiają się na rzeczywistej metodologii, którą roślina wykorzystuje do tworzenia związku, a gdy zostanie to dokładnie zrozumiane, kultury komórkowe rośliny mogą być hodowane w dużych ilościach, aby wytwarzać chemikalia komercyjnie.