Naturstoff

Naturstoffe sind chemische Stoffe, welche aus lebenden Organismen gewonnen werden. Naturstoffe besitzen häufig biologische Aktivität und finden daher vor allem als Medikamente Anwendung. Auch wenn der Begriff Naturstoff sich sprachlich und inhaltlich vom Kunststoff absetzt, können auch totalsynthetisch gewonnene Substanzen als Naturstoffe betrachtet werden.

Bekannte Beispiele für Naturstoffe sind Penicilline, Aminoglykoside, Taxol und Digitalisglykoside. Naturstoffe zeichnen sich oft durch ihre hohe chemische/ strukturelle Diversität aus, was eine rein synthetische Herstellung erschwert oder verhindert. Eben dieser hohe Grad an Diversität führt allerdings auch zur einmaligen Stellung der Naturstoffe als Therapeutika unterschiedlicher Krankheitsbilder.

Die Einteilung von Naturstoffen in verschiedene Klassen ist über ihre Produzenten (Bakterien, Pilze, etc.) sowie ihre chemische Struktur (Polyketide, Nichtribosomale Peptide, Terpene, Glykoside, etc.) möglich.

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Quellen von Naturstoffen

Die Gewinnung von Naturstoffen erfolgt aus unterschiedlichen Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen. Hierzu werden Blätter, Nadeln, tierische Gewebe oder Fermentationsbrühen extrahiert. Ein so hergestellter Rohextrakt besteht aus einem Gemisch unterschiedlicher Substanzen, die durch aufwändige Trennmethoden gereinigt werden müssen um das sogenannte aktive Prinzip zu isolieren. Da Naturstoffe zumeist keine ersichtliche Bedeutung für den Organismus aus welchem sie gewonnen werden besitzen, handelt sich zumeist um sogenannte Sekundärmetabolite.

Naturstoffe aus Pflanzen

Die ältesten bekannten pharmazeutischen Substanzen entstammen der Ethnomedizin. So waren die schmerzlindernden und fiebersenkenden Wirkungen der Birkenrinde oder die Antimalariaaktivität der Artemisia annua lange vor der Entdeckung ihres aktiven Prinzips bekannt. Beispiele für pflanzliche Wirkstoffe sind Chinin, Kokain, Digitalis oder Opium. Neben diesen altbekannten Naturstoffen sind Pflanzen auch für die moderne pharmazeutische Forschung von immenser Bedeutung. Das aus der pazifischen Eibe (Taxus brevifolia) isolierte Taxol dient unter dem Namen Paclitaxel als wichtiges Antikrebsmedikament, die Bekämpfung der Malaria ist durch die Anwendung des Artemisinins aus Artemisia annua erheblich verbessert worden. Häufig sind die Produzenten der aus Pflanzen isolierten Naturstoffe nicht die Pflanzen selbst sondern in Symbiose (vgl. Endosymbiontentheorie) lebende Bakterien und Pilze.

Naturstoffe aus Bakterien

Viele der Bakterien, welche Anwendung als Produzenten von Naturstoffen finden, werden aus Erdproben isoliert. Ihre Fermentation in großen Volumina von Nährmedien macht eine Isolierung der aktiven Substanzen möglich. Den größten Bekanntheitsgrad unter den aus Bakterien isolierten Naturstoffen besitzen Antibiotika wie Erythromycin, Vancomycin, Rifamycin oder Tetracyclin. Weitere wichtige bakterielle Naturstoffe sind Immunsuppressiva wie Rapamycin und Tacrolimus und Cytostatika wie Mitomycin und Doxorubicin. Das Suffix der Nomenklatur bakterieller Naturstoffe richtet sich häufig nach der biologischen Aktivität und dem produzierenden Organismus. Die Endungen -mycin und -micin stehen für antibakterielle Aktivität, erstgenannte Substanzen (Bsp. Kanamycin) wurden aus Streptomyces sp., letztgenannte (Bsp. Gentamicin) aus Micromonospora sp. isoliert. Das Suffix -carcin (Bsp. Tetrocarcin) hingegen deutet eine cytotoxische Aktivität an.

Marine Naturstoffe

Ein in jüngster Zeit stark untersuchtes Gebiet der Naturstoffe beschäftigt sich mit Metaboliten marinen Ursprungs. Als Produzenten dienen hierbei vor allem Korallen, Schwämme oder Algen. Ein bekannter Vertreter dieser Naturstoffklasse ist das Discodermolid. Die Gewinnung solcher Naturstoffe ist aus ökologischer Hinsicht problematisch. Häufig handelt es sich wie bei Pflanzen um Naturstoffe aus Bakterien und Pilzen, welche (vgl. Naturstoffe aus Pflanzen) in Symbiose mit Wirtsorganismen wie Schwämmen leben.

Begriff des Naturstoffs (engl. Substance occuring in nature) im Chemikalienrecht

In der Verordnung EG 1907/2006 ("REACH") wird ein Naturstoff, wie folgt, definiert: natürlich vorkommender Stoff als solcher, unverarbeitet oder lediglich manuell, mechanisch oder durch Gravitationskraft, durch Auflösung in Wasser, durch Flotation, durch Extraktion mit Wasser, durch Dampfdestillation oder durch Erhitzung zum Wasserentzug verarbeitet oder durch beliebige Mittel aus der Luft entnommen.

Siehe auch

• Naturstoffsynthese
• Chiral pool
• Sekundärmetabolite
• Totalsynthese