Los carotenoides pertenecen a la clase de compuestos orgánicos terpenoides, específicamente los tetraterpenoides. Son fitoquímicos que se encuentran casi exclusivamente en las plantas y se dividen en dos categorías: carotenos sin oxígeno y xantofilas que contienen oxígeno. Los terpenoides pueden derivarse, al menos teóricamente, uniendo o «polimerizando» moléculas de isopreno, CH2 = C (CH3) CH = CH2. Los esqueletos tetraterpenoides contienen cuatro unidades de terpeno de 10 carbonos para un total de 40 átomos de carbono. Restringiendo la definición, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada se refiere a la estructura de los carotenoides como aquellos tetraterpenoides derivados formalmente del licopeno parental acíclico.
En la estructura de los carotenoides, hay exactamente 40 carbonos esqueléticos, en teoría derivables uniendo unidades de isopreno y compuestos solo de carbono, hidrógeno y posiblemente oxígeno. La estructura de los carotenoides también incluye un componente llamado cromóforo, que es responsable del color de la molécula. Estos compuestos orgánicos son biológica y nutricionalmente importantes y están indisolublemente asociados con el proceso de la fotosíntesis que sustenta la vida.
La polimerización es posible porque el isopreno posee dos dobles enlaces. Cada molécula de isopreno tiene cinco átomos de carbono, por lo que la combinación de dos moléculas da como resultado una sola cadena de 10 átomos de carbono. El crecimiento puede continuar más allá de esta longitud, porque el segundo doble enlace de cada molécula participante permanece sin usar. Existe una gran variedad de estructuras terpenoides que se pueden formar, porque la molécula de isopreno no es simétrica. La unión puede tener lugar de cabeza a cabeza, de cabeza a cola o de cola a cola; cuanto más larga sea la cadena, mayor será el número de combinaciones.
Los carotenoides se encuentran entre los alimentos nutricionalmente beneficiosos que se encuentran en las frutas y verduras. Entre los nutrientes se encuentran la luteína, la zeaxantina y el licopeno. La mayoría de los carotenoides poseen propiedades antioxidantes. Algunos, incluidos el alfa y beta caroteno y la beta criptoxantina, pueden ser convertidos por el cuerpo en un retinol estructuralmente similar, vitamina A. Los colores brillantes de las verduras, especialmente el amarillo del maíz, el naranja de las zanahorias y el rojo de los tomates. , existe debido a los carotenoides.
La porción de la molécula que produce los colores que se encuentran en la estructura de los carotenoides es el cromóforo, que significa «portador de color». Está determinado en gran medida por la colección ininterrumpida de dobles enlaces alternos que se encuentran en la molécula. Esta colección de electrones pi absorbe energía que coincide con una parte del espectro visible. Lo que queda en forma de colores no absorbidos determina el color de la fruta o verdura. Así, una verdura amarilla absorbe la luz particularmente en la parte azul del espectro.
Los carotenoides se encuentran en los cloroplastos y cromoplastos de las plantas. Tienen dos funciones específicas. Ambos compuestos absorben la luz que se puede utilizar en el proceso de fotosíntesis a través de la transferencia de energía y sirven para proteger las delicadas moléculas de clorofila de la exposición a la dañina luz ultravioleta. En otoño, en algunas partes del mundo, a medida que disminuye la cantidad de clorofila, los carotenoides a menudo se revelan en los hermosos colores de muchas plantas que cambian con las estaciones. Los productos de descomposición de muchos de los carotenoides imparten aromas agradables; algunos de estos compuestos se utilizan en las industrias de esencias, perfumes y aromatizantes.