Carotinoid-Pigmente kommen in allen Pflanzenarten vor, absorbieren Energie und schützen bei der Photosynthese vor Lichtschäden. Entweder rot oder gelb, Carotinoide sind sichtbar, wenn Chlorophyll, die Substanz, die in Pflanzen und bestimmten Bakterien Licht in Energie umwandelt, aufgebraucht ist. Die Farben, die Baumblätter im Herbst annehmen, sind auf die Exposition von Carotinoid-Pigmenten zurückzuführen. Diese Pigmente haben auch Antioxidantien, und der Verzehr von Carotinoiden kann beim Menschen und anderen Arten vor Herzerkrankungen und Krebs schützen.
Molekular gesehen weisen die meisten an diesen Prozessen beteiligten Carotinoide ein Kohlenwasserstoff-Rückgrat auf. Entlang dieses Rückgrats existieren zwischen drei und 15 Doppelbindungen, und die Anzahl der Bindungen steht in direktem Zusammenhang mit dem Teil des Spektrums, den ein Carotinoid verarbeiten kann. Licht zwischen 400 und 500 Nanometer (nm) wird typischerweise von diesen Molekülen absorbiert. Phytoen ist der erste Typ, der aus dem Zusammenbau verschiedener molekularer Komponenten hergestellt wird, und ist entscheidend für die Bildung anderer Carotinoide. Die Grundpigmente können zu anderen Verbindungen, wie Beta-Carotin und Lycopin, biosynthetisiert werden.
Carotinoide spielen eine bedeutende Schutzfunktion, da sie die Wirkung von Sauerstoffpartikeln und Radikalen blockieren, wenn Licht und Photosensibilisatoren wie Chlorophyll interagieren. Strahlungsenergie wird durch Carotinoidpigmente auf einzelne Chlorophyllmoleküle übertragen, während überschüssige Energie in einigen Pflanzen und Algen als Teil des Xanthophyllzyklus abgebaut wird. Auch Chlorophyllmoleküle, die in einem aktiven Zustand verbleiben, können reguliert werden. Auf molekularer Ebene helfen Carotinoide dabei, die Moleküle photosynthetischer Pigment-Proteine zu binden.
Der Verzehr von pflanzlichen Organismen führt zur metabolischen Verarbeitung der Carotinoid-Pigmente in Lachs, Garnelen, Hummer und Lebewesen. Die Färbung solcher Fische und Krustentiere kommt von den Pigmenten, die in der Nahrung enthalten sind, die sie essen. Wildlachse, die Garnelen fressen, haben beispielsweise eine viel rötere Farbe als Lachs aus Zuchtbetrieben. Es ist schwierig, Carotinoide auf natürliche Weise zu gewinnen, aber die Gentechnik macht die Aussichten optimistischer. Chemisch synthetisierte Pigmente liefern nicht das gleiche Ergebnis wie natürliche.
Es gibt verschiedene Arten von Carotinoiden in Pflanzen, Bakterien, Pilzen und Algen. Phytoen ist eine Pigmentform, die zu Beta-Carotin verstoffwechselt werden kann, das zusammen mit anderen Verbindungen zur Produktion von Vitamin A sowie von Netzhautflüssigkeit bei Säugetieren verwendet wird. Die photosynthetischen Eigenschaften und der Einfluss auf die menschliche Gesundheit machen Carotinoidpigmente zu einem der wichtigsten biologischen Elemente in der Natur.