Les caroténoïdes appartiennent à la classe des terpénoïdes de composés organiques, en particulier les tétraterpénoïdes. Ce sont des composés phytochimiques, présents presque exclusivement dans les plantes, et sont divisés en deux catégories : les carotènes sans oxygène et les xanthophylles contenant de l’oxygène. Les terpénoïdes peuvent être dérivés, au moins théoriquement, en liant ensemble ou en polymérisant des molécules d’isoprène, CH2=C(CH3)CH=CH2. Les squelettes tétraterpénoïdes contiennent quatre unités terpéniques à 10 carbones pour un total de 40 atomes de carbone. En réduisant la définition, l’Union internationale de chimie pure et appliquée fait référence à la structure des caroténoïdes en tant que tétraterpénoïdes formellement dérivés du lycopène parent acyclique.
Dans la structure des caroténoïdes, il y a exactement 40 carbones squelettiques, en théorie dérivables en liant des unités isoprène et composés uniquement de carbone, d’hydrogène et éventuellement d’oxygène. La structure des caroténoïdes comprend également un composant appelé chromophore, qui est responsable de la couleur de la molécule. Ces composés organiques sont biologiquement et nutritionnellement importants et sont inextricablement associés au processus vital de la photosynthèse.
La polymérisation est possible car l’isoprène possède deux doubles liaisons. Chaque molécule d’isoprène a cinq atomes de carbone, donc la combinaison de deux molécules donne une seule chaîne de 10 atomes de carbone. La croissance peut se poursuivre au-delà de cette longueur, car la deuxième double liaison de chaque molécule participante reste inutilisée. Il existe une grande variété de structures terpénoïdes qui peuvent se former, car la molécule d’isoprène n’est pas symétrique. L’adhésion peut avoir lieu en tête-à-tête, en tête-à-queue ou en queue-à-queue ; plus la chaîne est longue, plus le nombre de combinaisons est grand.
Les caroténoïdes font partie des aliments bénéfiques sur le plan nutritionnel que l’on trouve dans les fruits et les légumes. Parmi les nutriments figurent la lutéine, la zéaxanthine et le lycopène. La plupart des caroténoïdes possèdent des propriétés antioxydantes. Certains, y compris l’alpha- et le bêta-carotène et la bêta-cryptoxanthine, peuvent être convertis par le corps en un rétinol structurellement similaire, la vitamine A. Les couleurs vives des légumes, en particulier le jaune du maïs, l’orange des carottes et le rouge des tomates , existe à cause des caroténoïdes.
La partie de la molécule qui produit les couleurs présentes dans la structure des caroténoïdes est le chromophore, ce qui signifie porteur de couleur. Il est en grande partie déterminé par la collection ininterrompue de doubles liaisons alternées trouvées dans la molécule. Cette collection d’électrons pi absorbe de l’énergie qui coïncide avec une partie du spectre visible. Ce qui reste sous forme de couleurs non absorbées détermine la couleur du fruit ou du légume. Ainsi, un légume jaune absorbe la lumière particulièrement dans la partie bleue du spectre.
Les caroténoïdes se trouvent dans les chloroplastes et les chromoplastes des plantes. Ils remplissent deux fonctions spécifiques. Les composés absorbent à la fois la lumière qui peut être utilisée dans le processus de photosynthèse par transfert d’énergie et servent à protéger les délicates molécules de chlorophylle de l’exposition aux rayons ultraviolets nocifs. En automne dans certaines parties du monde, alors que la quantité de chlorophylle diminue, les caroténoïdes se révèlent souvent dans les belles couleurs de nombreuses plantes qui changent au fil des saisons. Les produits de décomposition de nombreux caroténoïdes confèrent des arômes agréables ; certains de ces composés sont utilisés dans les industries des essences, des parfums et des arômes.