Ein Biosyntheseweg oder Biosyntheseweg ist eine Beschreibung der Schritte chemischer Reaktionen, die auftreten, wenn ein lebender Organismus aus einfacheren, kleineren Vorläufern ein neues komplexes Molekül erzeugt. Das Wort „Biosynthese“ leitet sich von zwei Wortwurzeln ab: „Bio“, was darauf hinweist, dass die Reaktion in einem lebenden Organismus statt in einem Labor stattfindet; und „Synthese“, was darauf hinweist, dass einfache Ausgangsmaterialien zu größeren Produkten kombiniert werden. Ein Biosyntheseweg ist eine Zusammenfassung dieser chemischen Reaktionen, aufgeschlüsselt nach jedem Schritt. Um einen Stoffwechselweg vollständig zu beschreiben, werden oft zusätzliche relevante Informationen hinzugefügt, beispielsweise welche Enzyme, Coenzyme und Cofaktoren in jeder Reaktion verwendet werden.
Nicht alle von einem lebenden Organismus verwendeten Moleküle müssen direkt vom Organismus selbst synthetisiert werden. Oft werden diese notwendigen Moleküle stattdessen aus der Umgebung gewonnen. Der Mensch ist zum Beispiel nicht in der Lage, essentielle Aminosäuren wie Lysin zu synthetisieren; diese Nährstoffe stammen stattdessen aus proteinreichen Lebensmitteln wie Bohnen und Nüssen. Zellen synthetisieren im Allgemeinen nur solche Moleküle, die entweder knapp sind oder nicht ohne weiteres aus ihrer Umgebung gewonnen werden können.
Ein Biosyntheseweg beginnt oft mit einem leicht verfügbaren Vorläufermolekül, das dem Produkt ähnlich ist. Die Zelle kombiniert dann diesen Vorläufer mit anderen kleinen Molekülen und modifiziert das Produkt dabei chemisch. Bei jedem Schritt ähnelt das Substrat zunehmend dem Endprodukt. Ein mehrstufiger Biosyntheseweg kann Dutzende von Schritten umfassen, die ständig von Enzymen modifiziert werden, bis die endgültige Verbindung gebildet ist.
Das Studium der Biosynthese kann viele praktische Erkenntnisse über Heilmittel für menschliche Krankheiten liefern. Das Verständnis der Chemie des menschlichen Körpers hilft eindeutig, wenn eine Krankheit aus einer gestörten Biosynthese resultiert. Manchmal kann die Untersuchung der Biosynthesewege anderer Organismen jedoch auch wertvolle Hinweise für die Entwicklung neuer Medikamente liefern.
Viele Forscher haben ihre Aufmerksamkeit auf die Biosynthese von Pflanzen gerichtet, insbesondere in Bezug auf Naturstoffe. Extrakte aus bestimmten Pflanzen können starke pharmakologische Wirkungen haben, die zur Herstellung starker neuer Medikamente verwendet werden können. Digitalis, ein aus dem Fingerhut gewonnener Wirkstoff, wurde beispielsweise zur Behandlung von Herzerkrankungen eingesetzt. Durch das Verständnis des Biosynthesewegs eines Naturstoffs können Chemiker Einblicke in die Synthese des Wirkstoffs gewinnen und möglicherweise seine Synthese im Labor nachahmen. Letztlich möchten Biologen in der Lage sein, diese Gene zu klonen, um transgene Organismen zu produzieren, die so konstruiert werden, dass sie Naturprodukte in höherer Konzentration und Reinheit zu einem Bruchteil des Preises produzieren.
Für viele gängige Moleküle wie Fettsäuren, Aminosäuren und Nukleotide wurden Biosynthesewege aufgeklärt. Viele Wege müssen jedoch noch entdeckt werden. Vielleicht finden die Medikamente der Zukunft ihren Ursprung in den heute erforschten Biosynthesewegen.