La biosíntesis de plantas es la colección de procesos naturales que experimentan las plantas para convertir elementos minerales inorgánicos como el potasio y el nitrógeno en el suelo junto con elementos en agua y aire en nutrientes, utilizando energía derivada inicialmente de la luz solar. Estos procesos se dividen en tres categorías básicas para las plantas, que incluyen fotosíntesis, respiración y síntesis química. Al igual que los animales y otros organismos vivos como las bacterias, las plantas dependen del intercambio de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera para sobrevivir. También sintetizan y descomponen muchos de los mismos compuestos en la biosíntesis de las plantas que los animales, incluidos los aminoácidos, los lípidos y los carbohidratos.
Comprender los procesos clave de la fotosíntesis y la respiración celular en las plantas es el primer paso para comprender la biosíntesis en las plantas en general. La fotosíntesis es un proceso que toma la energía de la luz visible en longitudes de onda específicas y la almacena en las moléculas de azúcar en las plantas mediante el uso de cloroplastos. Los cloroplastos son pequeños orgánulos dentro de las células vegetales que contienen clorofila, un compuesto verde que da color a las plantas y se utiliza para sintetizar carbohidratos como el azúcar.
La biosíntesis de plantas utiliza tres tipos diferentes de pigmentos para maximizar su absorción de luz. El pigmento clorofila a absorbe la luz más fuertemente alrededor de la longitud de onda de 430 nanómetros, que es en gran parte de color azul, y la clorofila b absorbe la luz alrededor de una longitud de onda de 470 nanómetros que es verdaderamente verde. Otro pigmento producido por algunas plantas es el carotenoide, que absorbe la luz en el rango amarillo a naranja del espectro visible a partir de longitudes de onda de 500 nanómetros o más.
La respiración de las plantas también es una característica clave de cómo funcionan las plantas para absorber dióxido de carbono y eliminar el oxígeno como gas residual, pero no respiran estos gases dentro y fuera como lo hacen los animales. El proceso de respiración en la biosíntesis de las plantas involucra plantas que permiten que el aire se difunda en su estructura celular externa, donde estos gases combinados son transportados por el agua a las membranas celulares internas. La energía para la respiración proviene de la glucosa almacenada creada durante la fotosíntesis. Las plantas descomponen la glucosa para obtener energía al igual que los animales, y son bastante eficientes con una ganancia neta de energía del 22% al 38%. Esto es superior a muchas formas de tecnología humana moderna, como el automóvil, que es menos del 25% eficiente en la conversión de gasolina en energía para el movimiento.
El proceso de producción de energía en la biosíntesis de las plantas se basa en la misma reacción química que todos los animales usan para generar energía. Las plantas utilizan moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) para almacenar y liberar energía, ya que el ATP se acumula químicamente y se descompone por las mitocondrias en las células vegetales. La diferencia entre plantas y animales en este proceso es que los productos de desecho de la producción de energía para las plantas también son glucosa, oxígeno y agua, todos los cuales son compuestos esenciales de los que dependen los animales para sobrevivir.
El metabolismo de otras sustancias químicas en las plantas puede ser extremadamente complejo, y la ciencia está muy involucrada en el estudio de las vías de biosíntesis en las plantas debido a los numerosos tipos de compuestos orgánicos útiles que producen las plantas. A partir de 2011, se sabe que las enzimas vegetales sintetizan más de 200,000 tipos diferentes de productos químicos, muchos de los cuales se pueden cosechar para su uso en productos alimenticios y medicamentos. Sin embargo, la mayoría de los compuestos comercialmente útiles producidos por la biosíntesis de las plantas aún no pueden fabricarse por medios artificiales en entornos de laboratorio, por lo que las plantas mismas deben cultivarse para cosechar los productos químicos. La investigación sobre la biosíntesis de las plantas a partir de 2011 se centra en la metodología real que utiliza una planta para crear un compuesto y, una vez que esto se entiende completamente, los cultivos celulares de la planta se pueden cultivar en grandes cantidades para producir el químico comercialmente.