Biosinteza biljaka skup je prirodnih procesa kojima se biljke podvrgavaju da pretvore anorganske mineralne elemente poput kalija i dušika u tlu zajedno s elementima u vodi i zraku u hranjive tvari, koristeći energiju prvobitno dobivenu iz sunčeve svjetlosti. Ovi procesi su podijeljeni u tri osnovne kategorije za biljke, koje uključuju fotosintezu, disanje i kemijsku sintezu. Poput životinja i drugih živih organizama poput bakterija, biljke se za preživljavanje oslanjaju na izmjenu kisika i ugljičnog dioksida u atmosferi. Oni također sintetiziraju i razgrađuju mnoge iste spojeve u biljnoj biosintezi kao i životinje, uključujući aminokiseline, lipide i ugljikohidrate.
Razumijevanje ključnih procesa fotosinteze i staničnog disanja u biljkama prvi je korak prema razumijevanju biosinteze u biljkama općenito. Fotosinteza je proces koji uzima energiju iz vidljive svjetlosti u određenim valnim duljinama i pohranjuje je u molekulama šećera u biljkama korištenjem kloroplasta. Kloroplasti su male organele unutar biljnih stanica koje sadrže klorofil, zeleni spoj koji biljkama daje boju i koristi se u sintezi ugljikohidrata kao što je šećer.
Biosinteza biljaka koristi tri različite vrste pigmenata kako bi maksimizirala apsorpciju svjetlosti. Pigment klorofil a najjače apsorbira svjetlost oko valne duljine od 430 nanometara, koja je uglavnom plave boje, a klorofil b apsorbira svjetlost oko valne duljine od 470 nanometara koja je prava zelena. Drugi pigment koji proizvode neke biljke je karotenoid, koji apsorbira svjetlost u žutom do narančastom rasponu vidljivog spektra od valnih duljina od 500 nanometara ili više.
Disanje biljaka također je ključna značajka načina na koji biljke upijaju ugljični dioksid i uklanjaju kisik kao otpadni plin, ali one ne udišu i izdišu te plinove kao životinje. Proces disanja u biosintezi biljaka uključuje biljke koje dopuštaju zraku da difundira u njihovu vanjsku staničnu strukturu, gdje se ti kombinirani plinovi zatim prenose vodom do unutarnjih staničnih membrana. Energija za disanje dolazi od pohranjene glukoze stvorene tijekom fotosinteze. Biljke razgrađuju glukozu za energiju baš kao što to rade životinje i prilično su učinkovite u tome s neto dobitkom energije od 22% do 38%. Ovo je superiornije od mnogih oblika moderne ljudske tehnologije kao što je automobil, koji je manje od 25% učinkovit u pretvaranju benzina u energiju za kretanje.
Proces proizvodnje energije u biljnoj biosintezi temelji se na istoj kemijskoj reakciji koju sve životinje koriste za proizvodnju energije. Biljke koriste molekule adenozin trifosfata (ATP) za pohranu i oslobađanje energije jer se ATP kemijski izgrađuje i razgrađuje od strane mitohondrija u biljnim stanicama. Razlika između biljaka i životinja u ovom procesu je u tome što su otpadni proizvodi proizvodnje energije za biljke također glukoza, kisik i voda, a sve su to esencijalni spojevi na koje se životinje oslanjaju za preživljavanje.
Biljni metabolizam drugih kemikalija može biti iznimno složen, a znanost je zamršeno uključena u proučavanje putova biosinteze u biljkama zbog brojnih vrsta korisnih organskih spojeva koje biljke proizvode. Poznato je da biljni enzimi od 2011. sintetiziraju preko 200,000 različitih vrsta kemikalija, od kojih se mnoge mogu sakupiti za upotrebu u prehrambenim proizvodima i lijekovima. Većina komercijalno korisnih spojeva proizvedenih biosintezom biljaka još se ne može napraviti umjetnim sredstvima u laboratorijskim uvjetima, tako da se same biljke moraju uzgajati kako bi se prikupile kemikalije. Istraživanja o biosintezi biljaka od 2011. usredotočuju se na stvarnu metodologiju koju biljka koristi za stvaranje spoja, a nakon što se to temeljito shvati, stanične kulture biljke mogu se uzgajati u velikom broju za komercijalnu proizvodnju kemikalije.