Biosinteza plantelor este colecția de procese naturale prin care plantele sunt supuse pentru a transforma elementele minerale anorganice, cum ar fi potasiul și azotul din sol, împreună cu elementele din apă și aer, în nutrienți, folosind energia derivată inițial din lumina soarelui. Aceste procese sunt împărțite în trei categorii de bază pentru plante, care includ fotosinteza, respirația și sinteza chimică. La fel ca animalele și alte organisme vii, cum ar fi bacteriile, plantele se bazează pe schimbul de oxigen și dioxid de carbon din atmosferă pentru a supraviețui. De asemenea, ei sintetizează și descompun mulți dintre aceiași compuși din biosinteza plantelor pe care o fac animalele, inclusiv aminoacizii, lipidele și carbohidrații.
Înțelegerea proceselor cheie ale fotosintezei și respirației celulare la plante este primul pas către înțelegerea biosintezei la plante în general. Fotosinteza este un proces care preia energia din lumina vizibilă în lungimi de undă specifice și o stochează în molecule de zahăr din plante prin utilizarea coloroplastelor. Cloroplastele sunt organele mici din celulele plantelor care conțin clorofilă, un compus verde care dă plantelor culoarea lor și este folosit în sinteza carbohidraților, cum ar fi zahărul.
Biosinteza plantelor folosește trei tipuri diferite de pigmenți pentru a maximiza absorbția luminii. Pigmentul clorofila a absoarbe lumina cel mai puternic în jurul lungimii de undă de 430 nanometri, care este în mare parte albastră, iar clorofila b absoarbe lumina în jurul unei lungimi de undă de 470 nanometri, care este verde adevărat. Un alt pigment produs de unele plante este carotenoidul, care absoarbe lumina în intervalul galben până la portocaliu al spectrului vizibil de la lungimi de undă de 500 de nanometri sau mai mult.
Respirația plantelor este, de asemenea, o caracteristică cheie a modului în care funcționează plantele pentru a absorbi dioxidul de carbon și a elimina oxigenul ca gaz rezidual, dar ele nu inspiră și expiră aceste gaze așa cum fac animalele. Procesul de respirație în biosinteza plantelor implică plantele care permit aerului să difuzeze în structura lor celulară externă, unde aceste gaze combinate sunt apoi transportate de apă către membranele celulare interne. Energia pentru respirație provine din glucoza stocată creată în timpul fotosintezei. Plantele descompun glucoza pentru energie la fel ca animalele și sunt destul de eficiente în acest sens, cu un câștig net de energie de 22% până la 38%. Acest lucru este superior multor forme de tehnologie umană modernă, cum ar fi automobilul, care este mai puțin de 25% eficient în transformarea benzinei în energie pentru mișcare.
Procesul de producere a energiei în biosinteza plantelor se bazează pe aceeași reacție chimică pe care o folosesc toate animalele pentru a genera energie. Plantele utilizează molecule de adenozin trifosfat (ATP) atât pentru a stoca, cât și pentru a elibera energie, deoarece ATP este atât acumulat chimic, cât și descompus de mitocondriile din celulele plantelor. Diferența dintre plante și animale în acest proces este că deșeurile producției de energie pentru plante sunt, de asemenea, glucoză, oxigen și apă, toate acestea fiind compuși esențiali pe care se bazează animalele pentru supraviețuire.
Metabolismul vegetal al altor substanțe chimice poate fi extrem de complex, iar știința este implicată în mod complex în studierea căilor de biosinteză în plante datorită numeroaselor tipuri de compuși organici utili pe care le produc plantele. Din 2011, enzimele vegetale sunt cunoscute pentru a sintetiza peste 200,000 de tipuri diferite de substanțe chimice, dintre care multe pot fi recoltate pentru a fi utilizate în produse alimentare și medicamente. Majoritatea compușilor utili din punct de vedere comercial produși prin biosinteza plantelor nu pot fi încă fabricați prin mijloace artificiale în medii de laborator, de aceea plantele în sine trebuie să fie cultivate pentru a recolta substanțele chimice. Cercetările în biosinteza plantelor din 2011 se concentrează pe metodologia reală pe care o utilizează o plantă pentru a crea un compus și, odată ce acest lucru este bine înțeles, culturile de celule ale plantei pot fi cultivate în număr mare pentru a produce substanța chimică comercial.