Karotenoid
Pada manusia, empat karotenoid (beta-karotena, alfa-karotena, gamma-karotena, dan beta-kriptoxantin) memiliki aktivitas vitamin A (yang berarti dapat dikonversi menjadi retinol) dan juga dapat bertindak sebagai antioksidan. Pada mata manusia, dua karotenoid lainnya (yaitu lutein dan zeaxantin) berperan langsung sebagai penyerap cahaya biru dan cahaya di sekitar sinar ultraviolet
yang bersifat merusak sehingga melindungi makula pada retina. Manusia dapat menyerap dan membawa sekitar 25 jenis karetonoid ke dalam aliran darah.Karetonoid tersebut ditransportasikan oleh partikel kolesterol yang kaya lipid (LDL di dalam tubuh karena senyawa tersebut paling baik larut dalam lipid.
Di bagian macula lutea mata manusia jenis-jenis karotenoid tertentu secara aktif terkonsentrasi pada titik yang menyebabkan warna kuning, dan ini membantu melindungi retina dari cahaya biru dan pancaran fotoaktif, sebagaimana xantofil melindungi fotosistem tumbuhan. Karotenoid juga terkonsentrasi secara aktif dalam korpus luteum indung telur sehingga memberikan warna penciri jaringan tersebut dan bertindak sebagai antioksidan umum.
Manusia yang mengonsumsi makanan alami kaya karotenoid melalui buah-buahan dan sayuran diketahui lebih sehat dan mortalitasnya lebih rendah apabila terkena sejumlah penyakit kronis. Namun, hasil meta-analisis dari 68 percobaan suplementasi antioksidan yang melibatkan total 232606 individu menyimpulkan bahwa mengonsumsi suplemen -karotena tidak selalu bermanfaat dan kemungkinan
dapat membahayakan, meskipun kesimpulan ini muncul karena dalam penelitian ini juga melibatkan perokok. Karena lipid diduga menjadi faktor penting untuk ketersediaan hayati karotenoid, sebuah studi yang dilakukan pada tahun 2005 menyelidiki apakah penambahan buah atau minyak apokat, sebagai sumber lipid, akan meningkatkan penyerapan karotenoid pada manusia. Studi ini menemukan bahwa penambahan buah atau minyak apokat secara
signifikan meningkatkan penyerapan subyek dari semua karotenoid yang diuji (-karotena, -karotena, likopena, lutein, dan zeaxantin).
Biosintesis karotenoid telah banyak dipelajari dan diketahui dengan cukup baik. Sebagai salah satu bentuk isoprenoid (senyawa-senyawa turunan isoprena), pembentukan karotenoid pada tumbuhan terjadi melalui jalur MEP, suatu cabang siklus Calvin, yang berlangsung secara lokal di plastida.
Jalur MEP (2-C-metil-D-eritriol 4-fosfat) diawali dengan reaksi antara asam piruvat (empat atom karbon, 4C) dan gliseraldehida-3-fosfat (3C) yang dikendalikan oleh enzim sintase DXS dan reduktoisomerase DXR. Rangkaian reaksi selanjutnya membentuk dua bentuk kerangka isoprena difosfat (isopentenildifosfat, IPP dan dimetilalildifosfat,
DMAPP). Aktivitas enzim GGDP-sintase akan mengondensasi tiga molekul IPP dan satu molekul DMAPP membentuk geranilgeranildifosfat (GGDP).
Karotenoid dibentuk dari aktivitas enzim fitoena sintase (phytoene synthase) yang disintesis oleh keluarga gen phytoenesynthase (psy) yang menggabungkan dua GGDP membentuk fitoena dan dua pirofosfat. Tahap pertama ini diketahui berlaku umum, baik untuk tumbuhan, alga, maupun bakteri.
Selanjutnya fitoena akan digarap oleh enzim yang berbeda-beda membentuk likopena, ada yang langsung, seperti pada bakteri Erwinia uredovora oleh gen carotene isomerase, crtI, maupun yang tidak langsung, seperti pada kebanyakan tumbuhan, melalui pembentukan senyawa antara zeta-karotena.
Likopena akan digarap oleh enzim siklase membentuk alfa- dan beta-karotena. Alfa-karotena dapat terhidroksilasi menjadi lutein, sedangkan beta-karotena terhidroksilasi membentuk zeaxantin. Zeaxantin dapat terketonasi menjadi kantaxantin dan astaxantin, serta dapat terepoksi membentuk violaxantin. Salah satu produk degradasi violaxantin adalah asam absisat, suatu fitohormon.
Biosintesis karotenoid telah dimanfaatkan dalam pembentukan Golden Rice, suatu beras hasil rekayasa genetik yang dapat menghasilkan sendiri beta-karotena sehingga berasnya berwarna kekuningan.
Produk degradasi karotenoid dalam bentuk turunan isoprena dan keton seperti ionon, damaskon dan damaskenon merupakan bahan kimia penting penghasil aroma yang digunakan secara ekstensif dalam industri parfum dan wewangian. -damaskenon dan -ionon meskipun dalam konsentrasi rendah dalam air sulingan mawar merupakan senyawa yang berkontribusi menentukan bau dalam bunga. Bahkan, aroma bunga
yang harum yang muncul dalam teh hitam, daun tembakau tua, anggur, dan buah-buahan disebabkan oleh senyawa aromatik yang dihasilkan dari degradasi karotenoid.
Beberapa karotenoid yang diproduksi oleh bakteri berfungsi untuk melindungi diri dari serangan kekebalan oksidatif. Pigmen warna emas yang ditemukan pada beberapa strain Staphylococcus aureus sesuai dengan nama yang diberikan (aureus: keemasan) adalah karotenoid yang disebut stafiloxantin. Jenis karotenoid ini menentukan faktor virulensi melalui tindak antioksidan yang membantu
mikroba tersebut bertahan dari spesies oksigen reaktif yang digunakan oleh sistem kekebalan dalam tubuh inang.
Mikroorganisme (menggunakan urutan gen dipatenkan) dapat digunakan untuk menghasilkan karotenoid yang lebih murni daripada karotenoid alami, termasuk likopena dan beta-karotena.