Naturstoffe

Naturstoffe bezeichnet man chemische Verbindungen, die in der Natur vorkommen und oft durch Biosynthese in Organismen wie Pflanzen, Mikroorganismen, Tieren oder Meeresorganismen entstehen. In der Wissenschaft umfasst der Begriff sowohl Primärmetabolite, die am Grundstoffwechsel beteiligt sind, als auch Sekundärmetabolite, die ökologische Funktionen erfüllen und häufig eine pharmakologische oder physikalische Aktivität besitzen.

Primärmetabolite sind essenziell für Wachstum, Reproduktion und Grundfunktionen; Sekundärmetabolite sind selten notwendig, bieten aber ökologische Vorteile, zum Beispiel Abwehrstoffe oder Nahrungsbindemittel. Naturstoffe werden häufig aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt und bioaktiven Eigenschaften genutzt. Typische Klassen umfassen Alkaloide, Terpenoide, Flavonoide, Polyphenole, Polyketide und Peptide.

Herkunft und Gewinnung: Die wichtigsten Quellen sind Pflanzen, Mikroorganismen (Bakterien, Pilze) und marine Organismen. Naturstoffe werden durch Extraktion aus dem Ausgangsmaterial isoliert, anschließend gereinigt und chemisch oder spektroskopisch charakterisiert. In der Industrie kommen Fermentation, biotechnologische Produktionsweisen und semisynthetische oder totale Synthese zum Einsatz, um die Ausbeute zu erhöhen oder schwer erhältliche Verbindungen zu reproduzieren.

Bedeutung und Anwendungen: Naturstoffe liefern zahlreiche pharmazeutisch aktive Verbindungen, Flavour- und Duftstoffe sowie Biopigmente. Viele Wirkstoffe dienen als Leads in der Arzneimittelentwicklung; ihr Gewinnungsprozess wirft Fragen zu Nachhaltigkeit, Biodiversität und komplexer Struktur auf. Neue Ansätze wie Genetik, Metabolomik und synthetische Biologie ermöglichen die gezielte Erzeugung oder Nachahmung.

Beispiele: Morphin (aus Opium), Penicillin (aus dem Pilz Penicillium), Taxol (Paclitaxel, aus der Eibe), Resveratrol (aus Trauben) oder Erythromycin (aus Streptomyces). Naturstoffe haben die Entwicklung vieler Medikamente maßgeblich beeinflusst und bleiben Gegenstand intensiver Forschung.