Naturwirkstoffe aus Pflanzen - Biodiversitätsforschung
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DOI: 10.1002/ciuz.201000487
Biodiversitätsforschung
Naturwirkstoffe aus Pflanzen
R ICHARD P OTT
260 © 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 260 – 274
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WIRK STOFFE AUS PFLANZEN N AT U R S TO F F E
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Naturstoffe spielen in der Biotechnologie, Chemie, Pharmakologie und Medizin sowie in der
Biodiversitätsforschung eine zunehmende Rolle. Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen sowie
deren Lebensräume sind und bleiben das wichtigste Reservoir für Pharmazeutika und Medizin-
produkte. Dies gilt sowohl für die Arzneistoffforschung und die medizinischen und biotechno-
logischen Produkte der Zukunft als auch für die Entwicklung neuer chemischer Wirkstoffe.
Hier liegen große neue Entwicklungsfelder. Zur Identifizierung und Erforschung von Natur-
wirkstoffen aus Pflanzen bedarf es der Sicherstellung und des Erhalts der Diversität (Arten-
vielfalt) auf der Erde, für alle Organismen, jetzt und in der Zukunft. Dies ist eine Aufgabe, die
wegen der zunehmenden Zerstörung und Bedrohung fast aller natürlichen Lebensräume
auf unserem Globus essentielle Bedeutung erlangt hat.
Der Begriff der Biodiversität ganze Palette von Fakten, Wertungen und Forderungen,
Beim Stichwort „Biotische Vielfalt“ („Biotic Diversity“) doch erst seit dem Erdgipfel von Rio de Janeiro hat sich die
denkt man vor allem an Naturschutz und Artenvielfalt. Doch Bezeichnung in Medien, Politik, Ökonomie, in den Natur-
der Begriff umfasst auch die Fülle der Lebensräume (Habi- wissenschaften und in der Gesellschaft allgemein etabliert.
tate) sowie die genetische Diversität. Er ist also nicht nur Es wurde mit dem Begriff eine Verbindung zwischen bioti-
quantitativ und hierarchisch, sondern auch qualitativ be- scher Vielfalt, ihrer wissenschaftlichen Erforschung, ihrer
haftet. Aus der Sicht einer umfassenden und modernen Geo- Bedrohung und ihrer Erhaltung hergestellt.
botanik kommen dabei naturwissenschaftliche Aspekte der Vom 3.–14. Juni 1992 trafen sich in Rio de Janeiro rund
Chemie, der Pharmazie, der Evolutionsforschung und der 15.000 Delegierte aus 178 Ländern, darunter fast 120 Staats-
Biogeographie transdisziplinär zusammen. Zusätzlich kön- und Regierungschefs und eine große Zahl von Umwelt- und
nen mit medizinischem und ethnobotanischem Wissen die Entwicklungsministern. Ziel war es, Lösungen für globale
zeitlichen und räumlichen Muster der Diversität, vor allem Probleme wie Armut, Ressourcenverteilung, Umweltzer-
der Pflanzenwelt, beleuchtet werden. störung und Biodiversitätsverlust zu suchen. Die dort ver-
Alle Lebewesen können genetisch unterschiedliche fasste Biodiversitäts-Konvention fordert gezielt alle Ver-
Individuen einer Population sein, wie die Arten (Taxa), tragsparteien auf, eine auf den Erhalt der biotischen Vielfalt
Gattungen oder systematische Familien von Mikroorga- ausgerichtete Forschung zu betreiben. Diese ist voll im
nismen, Pflanzen und Tieren. Auch funktionale Typen, Le- Gange, wie man auf der letzten CBD-Konferenz in Bonn im
bensformen oder Artengemeinschaften in den Ökosyste- Mai 2008 sehen konnte, bei der mehr als 6.000 Delegierte
men können Spiegelbilder der Vielfalt an Biotoptypen in aus über 150 Ländern vertreten waren. Das internationale
einer Landschaft sein. Leider findet heute eine dramati- Jahr der „Biodiversität 2010“ wird dieses Thema noch mehr
sche Verarmung dieser Vielfalt statt, welche für die künf- in den Focus breiten Interesses stellen. Die Konvention
tige Entwicklung des Lebens auf der Erde entscheidend haben inzwischen mehr als 180 Staaten der Erde unter-
sein kann. zeichnet und dies lässt hoffen, dass damit ein Wendepunkt
Erfunden wurde der Kunstbegriff Biodiversität erst in zum Erhalt der Biotischen Vielfalt auf der Erde erreicht
den 1980er Jahren. Eine 1981 von der US-Regierung ver- wurde.
anstaltete Konferenz trug den Namen „Biological Diversity“. Verantwortlich für die Umweltzerstörung ist derzeit vor
Der traditionelle Begriff Artenvielfalt erfuhr damals eine allem die Vereinheitlichung der landwirtschaftlichen Nut-
enorme Erweiterung. Das in den USA im Jahre 1986 ge- zung weltweit. Der jahrzehntelange Einsatz von Fungiziden
gründete „National Forum on BioDiversity“ etablierte erst- und Herbiziden sowie die uniforme globale agrarische Pro-
mals das neue, inhaltlich weit gefasste Schlagwort „Bio- duktion führt zu einer Abnahme agrarbiologischer Vielfalt
diversität“. Ein wichtiges Ziel des US-Forums war es, auf und der Zerstörung nicht nur tropischer und subtropischer
die Folgen des enormen Schwunds an biotischer Vielfalt Ökosysteme.
aufmerksam zu machen [1]. Damit war auch eine bewuss- Dies erstreckt sich auch auf die biotischen Ressourcen
te Popularisierung der naturwissenschaftlichen Erkennt- und die natürlichen Wirkstoffe in den Pflanzen. Auch aus
nisse zum Thema Arten- und Ressourcenvielfalt beabsich- diesem Grunde muss die künftige Erhaltung der biotischen
tigt. Vielfalt gesichert bleiben. Das betrifft besonders die gene-
In seinen Veröffentlichungen zur natürlichen globalen tische Vielfalt der heute noch weitgehend unbekannten glo-
Biodiversität verwendet der renommierte amerikanische balen Arten an Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen so-
Evolutionsbiologe Edward O. Wilson den Begriff seit 1988 wie die Verschiedenartigkeit der Biogeosysteme als Lebens-
[2]. Das Wort Biodiversität integriert sehr eindringlich eine grundlage für kommende Generationen. Die natürlichen
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biologischen Prozesse in den Großlebensräumen der Erde, denen wir heute noch gar nichts ahnen und die unter Um-
an Land und im Wasser, und die Evolution mit ihren grund- ständen die Lösung für künftige Probleme bieten können.
legenden Erscheinungen der genetischen Mutation und Neue Prototypen aus Naturstoffen sind vor allem in der
Selektion, müssen überall gesichert sein. Infektionsbekämpfung und in der Krankheitstherapie drin-
Evolution ist natürlich in erster Linie ein Prozess, der gend erwünscht. Hinzu kommen die zahllosen unentdeck-
sich im molekularen Bereich abspielt: die Nukleinsäuren ten Tiere und einzelligen Organismen, die unerwartete
passen sich dabei – den Darwinschen Prinzipien von Va- Überraschungen für uns bereithalten. Nicht nur der tropi-
riation und Selektion folgend – an ihre Umwelt an. Die Ver- sche Regenwald erweist sich mehr und mehr als eine me-
mehrung der Nukleinsäuren erfolgt jedoch nicht ohne Feh- dizinisch-pharmazeutische Fundgrube.
ler, es kommt zu zufälligen Mutationen, und so ent-
|
steht die für die Evolution charakteristische Viel- A B B . 1 KO H L E N H Y D R AT E
falt in den Zeiträumen von Jahrmillionen. Evolu-
tion ist ferner ein Anpassungsprozess, der die Ent-
a)
stehung und das Überleben neuer Arten ein-
schließt. Diese bilden sich auf der Grundlage in- Hexosen
O H
traspezifischer (populationsinterner) Variabilität
durch Selektion und reproduktive Isolation. Diese
wichtigen biologischen Vorgänge sollen nach der CH2 OH H OH CH2 OH
genannten „Convention on Biological Diversity“ O O OH
HO H
(CBD) dauerhaft gesichert bleiben. OH OH
HO OH H OH HO
Naturwirkstoffe OH OH
H OH
Organismen und ihre Merkmale variieren. Das
macht Populationen robust und treibt die Evo- CH2OH
lution an. Die natürliche Vielfalt an Pflanzen, Tie-
α-D-Glucose offenkettige D-Glucose β-D-Glucose
ren und Mikroorganismen auf der Erde bildet ein
schier unerschöpfliches Reservoir für Naturstoffe. Pentosen
Deren moderne Betrachtungsweise birgt bioche- O H O H O H
mische, pharmakologische und medizinische An-
wendungsmöglichkeiten zum Nutzen des Men- H OH H OH HO H
schen. So rücken Naturwirkstoffe immer mehr in
HO H H OH H OH
den Focus der wissenschaftlichen Forschung. In
diesem Beitrag soll vor allem auf Naturstoffe aus H OH H OH H OH
pharmakognostisch wichtigen Pflanzen näher ein-
CH2 OH CH2 OH CH2 OH
gegangen werden.
Bisher wird nur ein kleiner Teil der bekannten D-Xylose D-Ribose D-Arabinose
Naturstoffverbindungen als Medikamente, als
Nahrungsergänzungsmittel oder als Wirkstoffe ge- Zuckeralkohole
CH 2OH OH OH
nutzt, aber man vermutet ein weitaus größeres Po-
OH
tenzial an brauchbaren Verbindungen. In der Sum- H OH
me nutzt der Mensch etwas mehr als 70.000 Pflan- HO H
zenarten, was etwa einem Viertel der uns derzeit OH
H OH
bekannten Pflanzenspezies entspricht. Es wird ver- OH OH
mutet, dass sich aus den bisher bekannten 125.000 H OH
Blütenpflanzen, die allein in den Tropen wach- CH 2OH
sen, zahlreiche weitere neue Medikamente ent- D-Sorbit neo -Inositol (Cyclitol)
wickeln lassen. Und auch die derzeit noch unbe-
kannte Vielzahl nutzbarer Mikroorganismen gehört Uronsäuren
COOH COOH
zu den genetischen Reserven für die Zukunft.
O OH O
Deshalb wächst nicht nur das Interesse der Bio-
OH OH
technologie und der Pharmazie an Naturstoffen.
Die Strukturen der Inhaltsstoffe von Mikroorga- OH OH OH
nismen und Pflanzen bilden häufig die Vorlage, OH OH
nach denen Medikamente oder andere Heilmittel β-D-Glucuronsäure α-D-Galacturonsäure
künstlich hergestellt werden. Zahlreiche Pflanzen
haben Abwehrstoffe gegen Krankheitserreger, von
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Der Weg von der Entdeckung und botanisch-systemati- Industrie gibt es entsprechende Anstrengungen, diese Pro-
schen Identifizierung der nutzbringenden Pflanzen über die zesse umzusetzen, aber auch noch große ungenutzte Frei-
Analyse ihres Lebensraumes und die pharmakologische Auf- räume. Und das trotz des Potenzials, das den patentierten
arbeitung der Pflanzendroge oder des pflanzlichen Inhalts- Isolaten oder Derivaten eben dieser Drogen zuzuschreiben
stoffes als Arznei- oder Lebensmittel, bis hin zur endgülti- ist.
gen Marktreife bilden einen extrem aufwendigen Prozess Die Politik reagierte vor einigen Jahren in dieser Situa-
und sind sehr teuer. Nur Großunternehmen oder multi- tion aus Sicht von Verbraucherschützern irrational: Mit dem
nationale Konzerne können sich dies in der Regel leisten. Verbot der Kostenerstattung für pflanzliche Heilmittel
In der biotechnologischen und pharmazeutisch-chemischen durch die Krankenkassen entfernte sie unliebsame Mitkon-
b) CH2OH
CH 2 OH
O OH
O HOH 2 C O
CH2OH
OH
OH HO
O O
OH
O CH 2 OH
HO
OH OH
OH OH
OH
Lactose: Einheit aus β-D-Galactose und β-D-Glucose Saccharose: Einheit aus α-D-Glucose und β-D-Fructose
c)
CH2OH
O O
CH2OH
OH
O O
OH OH
O
n
OH
Cellulose: β-1,4-glykosidisch verknüpfte D-Glucose-Einheiten
COOH OH COOH OH
O O O O
O
OH OH
OH OH
O O O O
OH COOH OH COOH n
Pektine: α-1,4-glykosidisch verknüpfte D-Galacturonsäure-Einheiten
Stärke Inulin
CH2OH CH2OH CH2OH
O O O CH2OH
O
OH OH OH
O OH
O O O
OH OH OH n OH O
Amylose: α-1,4-glykosidisch verknüpfte D-Glucose-Einheiten OH
CH2OH
(lineare Ketten mit helikaler Struktur) O
HO
CH2OH
O CH2
OH
OH
O n
O O CH2OH
O
OH HO
CH2OH CH2OH
O O O CH2OH
OH
OH OH OH
O O O O
OH OH OH n Ausgewählte Mono-
Amylopektin: α-1,6- und β-1,4-glykosidisch verknüpfte D-Glucose-Einheiten Polysaccharid aus β-D-Glucose saccharide (1a),
(stark verzweigte Strukturen) und β-1,1-glykosidisch verknüpften Disaccharide (1b)
D-Fructose-Einheiten und Polysaccha-
ride (1c).
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kurrenten der Hersteller patentgeschützter Pharmaka vom Kohlenhydrate
Markt. Und dies, obwohl Umfragen immer wieder belegen, Kohlenhydrate sind eine weit verbreitete Stoffklasse in tie-
dass Vorbeugung und Therapie mit Naturstoffen in der Be- rischen, pflanzlichen und einzelligen Organismen (Abbil-
völkerung höchste Akzeptanz erfahren. dung 1). Sie werden aus Kohlendioxid und Wasser aus-
Die nachfolgenden Beispiele aus der pharmazeutischen schließlich von Pflanzen und verschiedenen Mikroorganis-
Biologie sollen zeigen, dass die wesentlichen Impulse für men im Verlauf der Photosynthese gebildet. Strukturche-
eine Medizin der Zukunft von einem immer weiter rei- misch sind Kohlenhydrate aliphatische Polyhydroxyketone
chenden Verständnis der Naturstoffe ausgehen. Das kann oder -aldehyde und deren Derivate. Sie haben größtenteils
beispielsweise durch die Betrachtung des Weizens (Triti- die allgemeine Formel Cn(H2O)m. Zu den pharmazeutisch
cum div. spec.) in seiner historischen Rolle als originäres bedeutenden monomeren Kohlenhydraten gehören die Mo-
Nahrungsmittel einerseits, und als moderner nachwach- nosaccharide und die von ihnen abgeleiteten Alditole (nicht-
sender Rohstoff andererseits, deutlich gemacht werden. zyklische Zuckeralkohole), Cyclohexanhexole (Cyclitole),
Auch die aktuelle Rolle von Zistrosen (Cistus div. spec.) Uronsäuren, Ketoaldonsäuren und Aminozucker (Abbil-
und anderen Bitterstoff-liefernden Pflanzen als Nahrungs- dung 1a). Zu den oligo- und polymeren Kohlenhydraten
oder Medizinprodukte sollen im Weiteren intensiver erläu- gehören die Oligosaccharide, Polysaccharide und Glykos-
tert werden. aminoglykane [3] (Abbildung 1b/c). Die Strukturformeln
TA B . 1 KO H L E N H Y D R AT E U N D I H R E M E D I Z I N I S C H E N A N W E N D U N G E N [ N AC H 9 ]
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Strukturtyp/Name* Pflanzenherkunft Verwendungsbeispiele
Monosaccharide
Xylose Maisstroh, Haferspelzen, Blätter und Laub *Süßstoff für Diabetiker
*Dünndarm-Funktionstests
Glucose Pflanzenstärke, sonstige Pflanzenbestandteile *parenterale Ernährung, *Schocktherapie,
*Infusionstherapie, *Galenik
Fructose Früchte, *parenterale Ernährung bei Leberschäden
Spaltprodukt von Inulin oder Saccharose *Vitamin
Sorbitol Vogelbeere und andere Rosaceen, *Süßungsmittel für Diabetiker
Hydrierung von Glucose *mildes Laxans (Abführmittel)
*Diuretikum (zur Wasserausschwemmung)
L(+)-Ascorbinsäure Mikroorganismen *Vitamin
(Vitamin C) Pflanzen (aus Glucuronsäure gebildet)
Oligosaccharide
Saccharose Zuckerrohr, Zuckerrübe, viele andere Pflanzen *Hustensirup zur reflektorischen Steigerung der
bronchialen Sekretproduktion
*Galenik
Maltose/Malzextrakt Gerste (Körner) (Hordeum vulgare L.) *Roborans („Stärkungsmittel“)
*gg. chronische Obstipation
*(Verstopfung des Darmes)
Polysaccharide
Stärke Reis, Weizen, Mais u. a. *Nahrungsmittel, *Galenik
Cellulose Baumwolle (Abb. 4), Holz *Verbandmaterial, *Nahtmaterial (z.B. Leinen),
*Galenik
Inulin Topinambur (Helianthus tuberosus L.) *Nierenfunktionsprüfung
Agar Rotalgen (Rhodoplantae) *Abführmittel, *Galenik, *Diätetika,
*mikrobiologische Diagnostik
Pektin Fruchtsäfte *Diarrhoe,
*Gastroenteritis (Magen-Darm-Entzündung),
*kalorienarme Diätetika,
*Hämostyptikum (zur Blutstillung), *Galenik
immunstimulierende Shiitakepilz (Lentinula eodes SING.), *Beschleunigung einzelner Abwehrfunktionen,
Polysaccharide Wilder Indigo (Baptisia tinctoria L.), *ähnlich wie bei Kontakt mit bakteriellen
Lebensbaum (Thuja occidentalis L.) *Zellwand-Polysacchariden
Weizenkleie Getreideschalen von Weizen * bei Obstipation (als quellfähige Ballaststoffe)
(Triticum aestivum L.) (Abb. 2)
* diese Übersicht zeigt nur ausgewählte typische Vertreter der Gruppen
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Abb. 2 Triticum
aller aufgeführten chemischen Verbindungen entsprechen Etwas später hatten die mediterranen Menschen bereits aestivum L.; Wei-
den Angaben in [4] und [5]. die beiden Weizenarten Einkorn (Triticum monococcum) zen, zwei (2a) und
Die Kohlenhydrate wurden ursprünglich als hydrati- und Emmer (Triticum dicoccum), sowie die Zweizeil-Gers- sechs (2b) Tage al-
sierte Form des Kohlenstoffs aufgefasst und deshalb 1844 te (Hordeum distichum), die der Wildform der Gerste sehr te Keimlinge. Wei-
zenkeimlinge wer-
von dem russischen Arzt und Chemiker Carl Schmidt nahe steht, gezüchtet. Diese alten Pflanzen sind das Kultur-
den als kohlen-
(1822–94) als Kohlenhydrate bezeichnet. Dieser Name ist und Nahrungsgut der Menschheit in Europa, sie sind die hydrat-, vitamin-
beibehalten worden, obwohl er vom chemischen Stand- Basis unserer Ernährung. Heute geht das Wissen über sol- und ballaststoff-
punkt her unzutreffend ist. Heute werden auch Verbin- che Pflanzen und deren Entwicklungsgeschichte leider all- reiche Zusatznah-
dungen zu den Kohlenhydraten gerechnet, die eine abwei- zu schnell verloren, da die moderne Gentechnik diese rung verwendet.
chende Summenformel aufweisen (z.B. Aldonsäuren, Uron- Kenntnisse nicht mehr benötigt, um im Labor neue Züch-
Abb. 3 Thuja
säuren, Desoxyzucker) oder zusätzlich Stickstoff oder tungen und neue Sorten zu schaffen. occidentalis L.;
Schwefel enthalten (z.B. Aminozucker oder Mucopoly- Die genetische Variabilität der ersten Getreidearten ist der Lebensbaum
saccharide). Monosaccharide und Oligosaccharide werden uns vielfach unbekannt. Es waren wohl primär trocken- liefert virustati-
häufig auch Zucker bzw. Saccharide genannt. Die einzel- resistente Grasarten, die man in Kultur nahm, um später sche immunsti-
mulierende Poly-
nen Vertreter der Kohlenhydrate werden mit Trivialnamen
saccharide.
oder davon abgeleiteten systematischen Namen bezeich-
net, die die Endung -ose tragen, z.B. Glucose oder Fructo- Abb. 4 Gossy-
se [6]. Kohlenhydrate sind in jeder tierischen und pflanz- pium hirsutum L.;
lichen Zelle enthalten und gehören neben den Fetten und Baumwolle ist
wichtigster Natur-
Proteinen zu den wichtigsten Bausteinen des Lebens. Sie
stofflieferant der
stellen den mengenmäßig größten Anteil der auf der Erde Medizin.
vorkommenden organischen Substanz dar. Ausgangsver- 4a: Baumwollfeld
bindung für die verschiedenen Kohlenhydrate ist in der in Australien;
Regel Glucose, die im Prozess der Photosynthese gebildet 4b: Kapselfrucht
mit Samenhaaren;
wird. Kohlenhydrate bilden zusammen mit den Fetten und 2a) 2b)
4c: Blüte.
Eiweißen die organischen Nährstoffe für Menschen und
Tiere.
Als Pflanzeninhaltsstoffe sind vor allem die Polysaccha-
ride (Glykane) von Bedeutung: Diese polymeren, hochmole-
kularen Verbindungen aus mehreren Monosacchariden (ca.
dreißig bis mehrere tausend Einheiten) fungieren u.a. als
Struktur- und Funktionselemente wie die Cellulose, die He-
micellulose oder die Pektine. Viele dienen, wie z.B. Stärke,
Fruktane und Dextrane, als Reservestoffe und übernehmen
durch ihr Wasserbindungsvermögen eine wichtige Rolle im
Wasserhaushalt der Pflanzen. Polysaccharide können, je
nach strukturellem Aufbau, in Wasser unlöslich sein (Cel-
lulose) oder ein gutes Quellvermögen haben und gut löslich
sein (Stärke, pflanzliche Hydrokolloide).
3 4a)
Gesunde Getreidenahrung
mit heimischen Kulturpflanzen
Vor 13.000 Jahren säten die Menschen in der Region der
heutigen Türkei und Syriens – im „Fruchtbaren Halbmond“
– zum ersten Mal Getreidekörner aus, um im kommenden
Jahr deren Früchte zu ernten. Das war der Beginn einer bis
heute währenden landwirtschaftlichen Kultur und der Sess-
haftigkeit des Menschen. Der Ackerbau breitete sich im Zu-
ge der sogenannten „Vorderasiatischen Kulturdrift“, mit-
samt den alten Getreidearten, aus dem Vorderen Orient auf
allen geographischen Verbindungswegen sehr rasch nach
Süd- und Mitteleuropa aus. Angebaut wurden:
Wild-Einkorn: Triticum boeoticum
Wild-Emmer: Triticum dicoccoides
Gerste: Hordeum spontaneum,
sowie das Mannagras der Gattung Glyceria [7]. 4b) 4c)
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durch klassische genetische Kreuzung der Wildsippen und die Grundnahrung wichtig waren: Erbse, Linse, Mohn, Wild-
spezielle Selektion folgende Kulturpflanzenmerkmale zu beeren und Wildobst. Die Typenmannigfaltigkeit der Kul-
erzielen: turpflanzen ist in letzter Zeit im Zuge der „Sortenbereini-
– vergrößerten Wuchs (Gigas-Charakter), gung“ und mit der Schaffung moderner „Hochzuchtsorten“
– zusätzliche Vergrößerung der nutzbaren Organe (Allo- vielfach verloren gegangen.
metrie) und vermehrtes Auftreten der nutzbaren Organe Neben ihrer Verwendung als Nahrungsmittel spielen
(Multiplikation), Kohlenhydrate aber auch in der medizinischen Anwendung
– Verbesserung der Qualität, eine wichtige Rolle. Sie sind wichtige Inhaltsstoffe vieler
– gute Erntbarkeit der nutzbaren Organe (u.a. Synapto- Arzneidrogen und werden entsprechend vielfältig in der
spermie: Abfallen des kompletten Blütenstandes), Therapie von Erkrankungen eingesetzt (Tabelle 1).
veränderte Reifezeit (Winter- und Sommergetreide).
Wir unterscheiden im allgemeinen Primäre Kulturpflan- Beispiel Cellulose
zen, das sind bei uns Weizen, Gerste und Lein. Diese Arten Ein in der Medizin besonders häufig verwendetes Kohlen-
wurden von Anfang an bewusst genutzt und entsprechend hydrat ist die Cellulose. Sie ist Hauptbestandteil der pflanz-
angebaut. Sekundäre Kulturpflanzen sind dagegen Rog- lichen Zellwand. Cellulose ist aus Glucoseeinheiten, die
gen und Hafer. Sie kamen zunächst als Unkräuter zwischen 1,4-β-glykosidisch verknüpft sind, aufgebaut (Abbildung 1c).
den kultivierten Pflanzen vor und sind erst später durch Eine Spaltung ist bei Mensch und Tier aufgrund fehlender
die Selektion des Menschen in den Kulturpflanzenbestand Enzyme nicht möglich. In Wasser und den üblichen Lö-
übergegangen [8]. Hier besteht jedoch noch sehr viel wis- sungsmitteln ist Cellulose unlöslich. Nahezu reine Cellulose
senschaftlicher Klärungsbedarf. Das Gleiche gilt für die mit- (bis zu 98 %) liegt in den Samenhaaren von Pflanzen der Gat-
telalterlichen Kulturgetreide und weitere Pflanzen, die für tung Baumwolle (Gossypium, oft Gossypium hirsutum L.)
ABB. 5
| P O LY PH E N O L E
a) Hydroxybenzoesäuren Hydroxyzimtsäuren
O
MeO
O
HO OH
HO
H
HO Ausgewählte Strukturen aus der Gruppe der
Vanillinsäure Kaffeesäure Phenolsäuren (5a) und Flavonoide (5b).
b) Flavanole Flavanone Flavone OH
OH OH
HO O
HO O HO O
OH
OH
OH O
Apigenin
OH OH O
Catechin Naringenin
OH
OH
Proanthocyane
Kondensierte
Glycosidflavonoide O
Proantocyanidine OH
H OH O
OH Anthocyane
H O Anthocyanidine OH
OH
HO OH O O
O O
HO
O + HO
H HO O O O
H
H3C O HO OH
HO
HO OH O
OH OH O
OH
OH OH OH
Naringin Cyanidin Corilagin (=Gallotannin) OH
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vor [10] (Abbildung 4). Die bis zu 4 cm langen und bis
40 µm breiten, röhrenförmigen Fasern aus Cellulose können
zu dünnen Fäden versponnen und zu Textilien aus Baum-
wolle weiter verarbeitet werden.
Baumwolle kann kapillar in wenigen Sekunden über das
20fache ihres Gewichtes an Wasser oder wässrigen Flüs-
sigkeiten aufnehmen. Durch ihre auch im nassen Zustand
sehr gute Formbeständigkeit ist sie hervorragend als Ver-
bandwatte und zur Herstellung von Verbandmull sowie für
Tamponadebinden geeignet. Baumwolle ist der in der Me-
dizin mengenmäßig am häufigsten eingesetzte pflanzliche
Naturstoff (zusätzlich: Bettwäsche, operative Abdeckmate-
rialien, Bekleidung). Wesentlich für diesen breiten Einsatz
ist die strukturelle Integrität der polymeren Fasern, z.B. bei
der Reinigung, Desinfektion oder Sterilisation (Autokla-
viermöglichkeit). Ihre Reißfestigkeit und die fehlende che-
mische Interaktion (z.B. geringes Allergiepotenzial) gehören
ebenfalls zu den Vorzügen der Fasern. Abb. 6 Roccella-Flechten; sie dienten früher als Quelle für Purpur-Farbstoff.
Polyphenole
Der Begriff Polyphenole ist eine Sammelbezeichnung für schen Inseln auf der Suche nach Flechten der Gattung Roc-
aromatische Verbindungen, die mindestens zwei direkt an cella (R. canariensis, R. tinctoria, R. fuciformis, u.v.a., Ab-
den aromatischen Ring gebundene phenolische Hydroxy- bildung 6), welche ebenfalls als Quelle des hochbegehrten
Gruppen enthalten (Polyole). Zu der sehr heterogenen Stoff- Purpurfarbstoffes dienten. Noch heute werden die parallel
gruppe werden Flavonoide, Anthocyane und Phenolcar- zur nordwestafrikanischen Küste liegenden östlichen Kana-
bonsäuren gezählt [11] (Abbildung 5). reninseln Lanzarote und Fuerteventura sowie die kleineren
In der Natur treten freie und veretherte Polyphenole in Inseln La Graciosa, Allegranza, Montana Clara und Lobos
Blütenfarbstoffen wie Anthocyanen und Flavonen, in Gerb- geographisch als die „Purpurarien“ bezeichnet [12]. Heute
stoffen (Catechine, Tannine), als Flechten- oder Farn-Inhalts- weiß man, dass die Flechteninhaltsstoffe keine echten Farb-
stoffe (Usninsäure, Acylpolyphenole), als Gallusderivate und stoffe sind, sondern dass es sich um verschiedene chromo-
in Ligninen usw. auf. gene Säuren, wie Lecanorsäure (C16H14O7) in R. tinctoria,
Purpurarien: Die Phönizier gewannen Purpur (6,6’-Di- oder Roccellsäure C17H22O4 in R. fuciformis handelt. Diese
bromindigo) ursprünglich in einem überaus aufwändigem sind zwar nur sehr gering wasserlöslich, gehen aber nach
Prozess vor allem aus der Purpurschnecke (Hexaplex trun- Behandlung mit alkalischen Stoffen (z.B. Kalilauge) über
culus). Früh unternahmen sie deshalb, ohne zu wissen was Orcin (C7H8O2) in Orcein (C7H7NO3) über, welches sich
Flechten im biologischen Sinne eigentlich sind, schon seit mit violetter Farbe löst.
1100 v. Christus Seefahrten entlang der westafrikanischen Man kann von mehreren tausend natürlich vorhandenen
Küsten bis zu den damals noch nicht „entdeckten“ Kanari- veretherten Polyphenol-Verbindungen ausgehen. Alleine von
TA B . 2 W I C H T I G E PH E N O L I S C H E V E R B I N D U N G E N M I T M E D I Z I N I S C H E R W I R KU N G [ N AC H 1 4 ]
Untergruppe
| Naturstoffe biochem. Funktionen
Phenolsäuren (Gerbsäuren) Hydroxyzimtsäuren (Kaffeesäure, Ferulasäure; *Hemmung der Kanzerogenese
(Abb. 5a) die verbreitetsten sekundären Pflanzenstoffe *Antioxidans
in der Natur)
*antimikrobielle Eigenschaften
Hydroxybenzoesäuren (Gallussäure, *Kardioprotektion
Ellagsäure, Vanillinsäure) *Entzündungshemmung
Flavonoide (Abb. 5b) Flavone (Apigenin) *Antioxidans
Isoflavonoide (Genistein, Daidzein) *Hemmung der Kanzerogenese
Flavonole (Quercetin) *antimikrobielle Eigenschaften
Flavanole (Catechin) *antivirale Wirkung
Flavanone (Naringenin) *Immunsuppression
Anthozyane (Malvidin) *Entzündungshemmung
Proanthozyane *Hemmung der Thrombozytenaggregation
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der Untergruppe der Flavonoide sind mehr als 6000 Kon-
„ F R E N C H PA R A D OXO N “ stitutionsisomere bekannt. Neben der Blütenfarbe oder dem
| Aroma sind Polyphenole auch am Schutz vor Schädlingen
und Krankheiten mitbeteiligt (fungizide und insektizide Wir-
Dieser Begriff umschreibt die Tatsache, dass in Frankreich und anderen Mittel- kung). Zudem bewahren sie die Pflanze vor oxidativen Schä-
meerländern Todesfälle durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen wesentlich seltener auf- den. Nur Pflanzen und Mikroorganismen sind zur Biosyn-
treten als in anderen Industrieländern, obwohl die entsprechenden Risikofaktoren
these dieser aromatischen Verbindungen aus aliphatischen
(Rauchen, Übergewicht, hohe Blutfettwerte, Blutdruck u.a.) in beiden Regionen genau
so häufig sind. Dies wird teilweise mit der Zufuhr von Polyphenolen, vor allem aus Vorstufen fähig [13].
Rotwein, begründet. Eventuell könnte der regelmäßige maßvolle Konsum von Alkohol Die Polyphenole basieren chemisch auf der Struktur des
bei Gesunden das Risiko für koronare Herzerkrankungen senken. Außerdem können Benzolrings und werden in die zwei großen Untergruppen
die in Weintrauben, Traubensaft und Rotwein enthaltenen Polyphenole die Arterien- der Phenolsäuren (Abbildung 5a) und der Flavonoide (Ab-
wände sowie das LDL-Cholesterin vor oxidativen Schäden schützen, die zum Ent-
bildung 5b) gegliedert (Tabelle 2).
stehen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen. Wahrscheinlich sind jedoch noch
weitere Faktoren der Mittelmeerkost (hoher Verzehr von Gemüse, Obst, Getreide Phenolsäuren kommen in sehr vielen Pflanzen vor, ins-
und Olivenöl, geringer Fleischverzehr) in ihrer Gesamtheit sowie der sonstige Lebens- besondere in den Randschichten, wo sie zur Stabilität der
stil (Siesta) für den niedrigeren Anteil an Herz-Kreislauf-Erkrankungen verantwort- Zellwände in den Schalen beitragen. Durch die Verarbei-
lich [12]. tung der Pflanzen wird der Phenolsäuregehalt deutlich re-
duziert. So enthält z.B. Vollkornweizen 500 mg/kg Phenol-
säuren, niedrig ausgemahlenes Weizenmehl hingegen nur
noch 50 mg/kg. Etwa ein Drittel der Gesamtzufuhr an Poly-
phenolen entfällt auf Phenolsäuren. Die in Tierversuchen
gezeigte Beeinflussung von Tumoren konnte in Humanstu-
dien bisher nicht bestätigt werden. Möglicherweise hem-
men Phenolsäuren während der Nahrungszubereitung so-
wie im Verdauungstrakt die Bildung von kanzerogenen he-
a terozyklischen Aminen und Nitrosaminen. Als weiterer pro-
tektiver Mechanismus gilt die Verhinderung der Aktivierung
von Prokanzerogenen durch Hemmung von Phase-I-Enzy-
men. Außerdem reagieren Phenolsäuren mit Kanzerogenen
wie polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen
(PAK) zu biologisch inaktiven Komplexen [14].
Die Flavonoide sind die in der Nahrung am häufigsten
vorkommenden Polyphenole und befinden sich vor allem
in den Früchten und Blüten sowie in den Randschichten
b c d und den äußeren Blättern fast aller Pflanzen. Auch das Lig-
nin in den Holzfasern gehört zu den Polyphenolen und ist
mengenmäßig natürlich häufig im Pflanzenreich vertreten.
Derzeit sind etwa 6.500 verschiedene Strukturen bekannt,
die eine Vielfalt gesundheitsfördernder Wirkungen zeigen
[15]. Die Flavonoid-Konzentration in Pflanzen wird unter
anderem durch die Sorte, die Anbaubedingungen sowie das
Klima, insbesondere die jahreszeitlich bedingte Lichtinten-
sität, beeinflusst. Flavonoide machen etwa zwei Drittel der
alimentären Gesamtzufuhr an Polyphenolen aus.
e f g Epidemiologische Studien weisen auf einen inversen
Zusammenhang zwischen der Zufuhr von Flavonoiden und
dem Risiko für verschiedene Erkrankungen hin. So senkt
eine hohe Aufnahme das Sterblichkeitsrisiko für Herz-Kreis-
lauf-Erkrankungen um etwa dreißig Prozent. Die positiven
Effekte sind vermutlich auf eine Beeinflussung verschiede-
ner Faktoren der Blutgerinnung zurückzuführen. Flavonoi-
h i
de haben eine antikanzerogene Wirkung, die auf die Ent-
Abb. 7 Durch adaptive Radiation in der mediterranen Gattung Cistus ist in den giftung aggressiver Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen
Garigues (7a) eine Vielzahl hochspezifischer Zistrosen entstanden (7b–7i). Hoch- durch diese Polyphenole zurückgeführt werden kann. Auch
polymere Zistrosen-Polyphenole, vor allem von Cistus incanus (7f), hemmen die
Infektionsfähigkeit von Influenzaviren. 7a: Garigue; 7b: Cistus monspeliensis;
sollen sie das Immunsystem positiv beeinflussen. Flavonoi-
7c: Cistus laurifolius; 7d: Cistus creticus; 7e: Cistus salviaefolius; 7f: Cistus incanus; de aus grünem Tee zeigen antimikrobielle Wirkungen bei
7g: Cistus albidus; 7h: Cistus symphytifolius; 7i: Cistus villosus. bakterieller Stomatitis (Entzündung der Mundschleimhaut),
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WIRK STOFFE AUS PFLANZEN N AT U R S TO F F E
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Flavonoide aus Moosbeerensaft (Gattung Vaccinium) ver-
ringern das Risiko von Harnwegsentzündungen [16]. A PE R I T I F – D I G S T I F
Die Anthocyane sind eine Untergruppe der Flavonoide
und stellen den größten Teil der roten, blauen und schwar-
|
zen Farbpigmente im Pflanzenreich dar. Besonders reich an Der Begriff Aperitivum (Aperitif) deutet das „Öffnen“ des Magens an. Meist handelt es
Anthocyanen sind dunkel gefärbte Beeren und Früchte sich um ein alkoholisches Getränk, das vor dem Essen konsumiert wird. Im medizini-
schen Zusammenhang sind mit dem Begriff appetitanregende Mittel gemeint. Diese
(schwarze Johannisbeeren, Brombeeren, Heidelbeeren,
Appetitanreger basieren sehr häufig auf bitteren Pflanzenstoffen („Amara“) aus Enzian-
Blutorangen, rote Weintrauben) sowie daraus hergestellte wurzel, Tausendgüldenkraut, Bitterklee, Chinarinde und anderen Pflanzen. Der Begriff
Säfte bzw. Rotwein. Auch Hülsenfrüchte mit schwarzen Digestivum (Digestif) bezieht sich hingegen auf die „Verdauung“. Digestifs sollen die
oder roten Schalen und verschiedene Gemüsearten wie rote Verdauung fördern und werden deshalb nach einer Mahlzeit eingenommen. Hierbei
Zwiebeln oder Auberginen enthalten Anthocyane. Wie die kommt im Allgemeinen Hochprozentiges zum Einsatz. Die Kräuterbitter, die es in zahl-
reichen europäischen Ländern gibt, überschneiden sich in ihrer Wirkung mit der medi-
anderen Flavonoide zeigen Anthocyane in vitro ebenfalls
zinischen Anwendung von verdauungsfördernden Digestiva. Während ein herkömm-
ein hohes antioxidatives Potenzial, das als Schutzfaktor für licher Digestif eher die Fettverdauung chemisch-physikalisch fördern soll, unterstützen
Krebs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen gilt. Aufgrund der pflanzliche Bitterzusätze die Bildung und Freisetzung von Verdauungssäften aus Leber
sehr niedrigen Bioverfügbarkeit der Anthocyane ist die anti- und Bauchspeicheldrüse und verbessern damit zahlreiche Verdauungsfunktionen.
oxidative Wirkung beim Menschen allerdings fraglich und Beispiele hierfür sind Andorn, Artischocken, Löwenzahn oder Bitterholz [6].
konnte bisher noch in keiner Humanstudie bestätigt wer-
den [17].
Beispiel: Hochpolymere Polyphenole getationstypen charakteristische Pflanze (Abbildung 7). Ih-
Polyphenole haben in vitro ein breites antivirales Spektrum. re Verbreitung erstreckt sich in Südeuropa westlich von
Zu dessen prophylaktischer oder therapeutischer Bedeu- Portugal, Korsika und Westitalien bis nach Griechenland,
tung bei mortalitätsrelevanten Infektionskrankheiten liegen östlich entlang der türkischen Mittelmeerküste (Taurus-
aber noch keine großen kontrollierten Studien vor. Belgi- gebirge) und an der Schwarzmeerküste bis zur Krim [21].
sche Forscher um Arnold Vlietinck kamen 1999 zu dem Die graubehaarte Zistrose Cistus incanus ssp. tauricus
Schluss, dass die antivirale Bedeutung von Polyphenolen ist ein aufrechter, reich verzweigter bis zu 100 cm großer
grundsätzlich in einer Bindung an die Viren selbst (z.B. Her- Strauch mit eiförmig-lanzettlichen, beiderseits grünen oder
pes simplex-Viren, HI-Viren u.a.) und damit letztlich aus ei- graugrünen Blättern, die feinbehaart oder filzig sind. Der
ner Verhinderung der Virusanhäftung (Adhäsion) an emp- Blattrand ist z.T. wellenförmig. Die Oberseite der Blätter
fängliche Zellen besteht [17]. Aus Sicht der Arbeitsgruppe zeigt eingesenkte Fiedernerven, die sich auf der Unterseite
könnten Polyphenole die einzigen unspezifisch wirksamen durchdrücken. Die Stängel, Blütenstiele und Kelchblätter
viruziden („virustötenden“) Wirkstoffe in der Natur sein. sind mit langen weißen Haaren besetzt, die die sogenann-
Zu diesem Schluss kommt im gleichen Jahr auch die japa- ten Sternhaare verdecken. Die Blüten messen 4–6 cm im
nische Arbeitsgruppe um Hiroshi Sakagami, die zudem Durchmesser und sind rosarot gefärbt. Allerdings ist nicht
bemerkte, dass Polyphenole unspezifisch Virusenzyme hem- jede rosafarbene Cistus-Art gleich Cistus tauricus (Abbil-
men können, die zur viralen Vervielfältigung (Replikation) dung 7f). Die heilbringende Wirkung der Pflanze ist bereits
notwendig sind [18]. Arbeitsgruppen des Friedrich Löffler- seit dem 4. vorchristlichen Jahrhundert bekannt. Ihre In-
Institutes und der Universität Münster konnten 2007 haltsstoffe wirken bakterizid, was ebenfalls auf den hohen
schließlich zeigen, dass die Inhaltsstoffe eines Polyphenol- Gehalt an Polyphenolen in der Pflanze zurückgeführt wird.
extraktes der mediterranen Zistrose (Cistus incanus ssp. Cistus incanus ssp. tauricus wächst in den Macchien
tauricus), sowohl bei In-vitro- als auch bei In-vivo-Versu- und Garigues auf magnesiumreichen Böden und kenn-
chen mit Influenzaviren und Vogelgrippeerregern antiviral zeichnet damit Standorte mit extremen Lebensbedingun-
wirksam waren, also bei Infektionskrankheiten mit hoher gen. In meist trockenen, kargen und windexponierten
Sterblichkeitsrate [19, 20]. Lagen, in denen auch Feuer keine Seltenheit sind, wächst
In wässrigen Extrakten der genannten Zistrosenvarietät sie zusammen mit anderen typischen Elementen der medi-
wurden zahlreiche Polymere nachgewiesen, u.a. Flavonol- terranen Heiden, wie z.B. Euphorbia acanthothamnos
O-Glykoside, (z.B. Myricetin- oder Quercetinderivate: -glu- (Dornbusch-Wolfsmilch), Anthyllis hermanniae (Wund-
coside, -galactoside etc.), Flavan-3-ole (Catechine) (z.B. klee), Coridothymus capitatus („Maltathymian“), Genista
Gallocatechin) und Proanthocyanidine (meist Di- oder acanthoclada (Dorniger Ginster), Hypericum empetrifoli-
Trimere von Catechinen, z.B. Gallocatechin- (4α→8) - Cate- um (Krähenbeerenblättriges Johanniskraut) und Sarcopo-
chin (= Procyanidin B1) u.v.m.). terium spinosum (Dornige Bibernelle) (Abbildung 7a).
Die vielgestaltige Sippe der Zistrosen kommt im medi- Bei Untersuchungen zu den Schwankungen von Wirk-
terranen Raum in der immergrünen, sekundär entstandenen stoffgehalten unterschiedlicher Zistrosenchargen stellte sich
Gebüschformation, der Macchie, und der offenen medi- heraus, dass bei dieser Pflanzengattung ein erheblicher Poly-
terranen Strauchheidenformation, der Garigue, bis ca. morphismus (Vorkommen einer Genvariation) auftritt. Man
1.000 –1.300 m Meereshöhe vor und ist eine für diese Ve- kann an den mediterranen Zistrosen sogar saisonale Di-
Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 260 – 274 www.chiuz.de © 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
| 269Bitterstoffe
ABB. 8
| B I T T E R S TO F F E
OH OCH3
Bitterstoffe stellen eine heterogene Stoffgruppe dar, die sich
durch einen bitteren Geschmack und eine gute Wasserlös-
CH3 CH3
O lichkeit auszeichnet. Unterschieden werden terpenoide und
HO O
HO
CH3 O nicht-terpenoide Bitterstoffe [3] (Abbildung 8).
H OH
H
H3CO Terpenoide Bitterstoffe bestehen aus Terpenen, auch
O
H2C
H
O O
H H Isoprenoide genannt, bei denen die Anzahl der Kohlen-
O
O
Carnosol H H
O stoffatome meist ein Vielfaches von fünf beträgt. Der Name
O O H3C CH3
Intybin Quassin leitet sich von Terpentinöl (Oleum Terebinthinae) ab, wel-
ches reich an Kohlenwasserstoffen ist. Terpene selbst, die
Beispielhafte Strukuren aus der heterogenen Stoffgruppe der Bitterstoffe
sich formal vom Isopren ableiten, werden aus einer aktiven
C5-Einheit, meist Isopentenylpyrophosphat, biosyntheti-
siert. Sesquiterpenlactone und Iridoide sind terpenoide Bit-
morphismen (zwei deutlich verschiedene Erscheinungs- terstoffe. Hierzu gehören z.B. Absinthin und Marrubiin als
vorkommen bei gleicher Art) erkennen, was ihre botanisch- Bestandteile von Pflanzen der Gattung Artemisia L. (Beifuß
systematische Bestimmung oft erschweren kann. Aufgrund oder Wermut) und Marrubium L. (Andorn). Als nichtter-
regional bedingter unterschiedlicher Umwelteinflüsse bil- penoide Bitterstoffe haben besonders die in Zitrusarten vor-
den sich infolge radiärer Adaptation sogar neue stabile Un- kommenden Flavanonglykoside Naringin und Neohesperi-
terarten der Pflanze heraus. Den höchsten Gehalt hoch- din sowie die Phloroglucinderivate des Hopfens (Humulus
polymerer Polyphenole zeigt nach derzeitigem Wissen nur lupulus L.), Humulon und Lupulon, pharmazeutische Be-
die in begrenzten Regionen Griechenlands vorkommende, deutung [9].
oben genannte Subspezies C. tauricus. Diese Unterart ist Bitterstoffe bzw. bitterstoffhaltige Drogen werden auf-
auch die einzige, bei der die natürliche antivirale Aktivität grund ihres bitteren Geschmacks therapeutisch genutzt. An-
nachgewiesen worden ist. dere pflanzliche Naturstoffe, die ebenfalls bitter schmecken,
bei denen jedoch pharmakologische Wirkungen im Vor-
dergrund stehen, z.B. Chinarinde, Aloe oder Enzian sind
TA B . 3 AU S G E W Ä H LT E B I T T E R S TO F F D RO G E N U N D
| I H R E B I T T E R S TO F F W E R T E [ N AC H 9 ]
keine Bitterstoffdrogen im engeren Sinne. Allerdings finden
solche Drogen bei geeigneter Verdünnung ebenfalls als Bit-
terstoffe Verwendung. Weil die Wirkung der Bitterstoffe an
Ausgewählte Bitterstoffdrogen ihren bitteren Geschmack gebunden ist, werden sie zumeist
Droge Pflanze Bitter- Strukturtyp als Tees, Tinkturen oder Extrakte verabreicht [22].
wert
Monoterpene Gustatorik und Bitter-Wirkungen
Gentianae radix Gentiana lutea 10.000 Gentiopikrin u.a. Das durch Bitterstoffe ausgelöste Geschmacksempfinden
(Gelber Enzian) „bitter“ wird durch die Erregung der Bitterrezeptoren in
Centaurii herba Centaurium minus 2.000 Gentapikrin u.a. den Geschmacksknospen der Zunge ausgelöst. Die Hetero-
(Echtes Tausendgüldenkraut) genität der Strukturen der bekannten Bitterstoffe ermög-
Menyanthidis Menyanthes trifoliata 4.000 Foliamenthin u.a. licht lediglich eine Wertbestimmung auf physiologischem
folium (Fieberklee) Wege, d.h. den durch Geschmacksprüfung (sensorische
Sesquiterpene Analyse) ermittelten Bitterwert [23]. Dieser entspricht dem
Cnici benedicti Cnicus benedictus 800 Cnicin u.a. reziproken Wert derjenigen Drogenkonzentration, die ge-
herba (Benediktenkraut) rade noch bitter schmeckt. Um die Abhängigkeit vom sub-
Absinthii herba Artemisia absinthium 10.000 Absinthin u.a. jektiven Empfinden zu minimieren, wurde für die Ver-
(Wermutkraut) gleichssubstanz Chininhydrochlorid ein Bitterwert von
Diterpene 200.000 festgelegt. Dies bedeutet, dass 1 g Chininhydro-
Marrubii herba Marrubium vulgare 3.000 Marrubiin chlorid 200 l Wasser bitter macht. Die bitterste bekannte
(Gewöhnlicher Adorn) Substanz ist Denatoniumbenzoat mit einem Bitterwert von
Salviae folium Salvia officinalis – Carnosol über 100.000.000. Der Streuungsbereich der Bitterwert-
(Echter Salbei) (Abb. 8) u.a. angaben beträgt ca. ± 20 %.
Colombo radix Jateorhiza palmata – Columbin u.a. Mit rund 9.000 Geschmacksknospen (bei jungen Er-
(Kolombowurzel) wachsenen, im Alter abnehmend) ergibt sich eine Emp-
Triterpene findlichkeitsschwelle von etwa 1016 Moleküle/ml. Bezogen
Aurantii pericarpium Citrus aurantium ssp. aurant. 600 Limonin u.a. auf Bitterstoffe (Chininsulfat) entspricht dies 5 mg/l Wasser.
(Bitterorange) Abgesehen vom Alter sind Abweichungen der Geschmacks-
Quassiae lignum Quassia amara 40.000 Quassin (Abb. 8) empfindlichkeit auch genetisch bedingt und werden zu-
(Bitterholzbaum) sätzlich durch äußere Faktoren (Stress, Nikotin, Medika-
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mente) beeinflusst. Entscheidend für die Geschmackserre- durch Bitterstoffe bewirkte Sekretionssteigerung führt nach
gung ist die Bindung des Bitterstoffes an die Bitterrezepto- klassischer Auffassung zu einer als „verdauungsfördernd“
ren, wobei der eigentliche Rezeptor ein Glykoproteid ist. beschriebenen verbesserten Nahrungsausnutzung [9].
Weitergeleitet wird die Geschmacksempfindung vor allem
über den Nervus glossopharyngeus (IX. Hirnnerv), ver- Beispiel: Gewichtsreduktion
bunden mit einer zusätzlichen Beeinflussung des Nervus Die geschmackliche Wahrnehmung „bitter“, mit der zen-
vagus (X. Hirnnerv). Schließlich wird die unmittelbare Emp- tralen Botschaft „Vorsicht ungenießbar“, übertönt in Spei-
findung „bitter“ im Wahrnehmungszentrum der Großhirn- sen oder Getränken das Signal „süß“ deutlich. Vermutlich
rinde ausgelöst [24, 25]. weil „bitter“ rund 10.000mal stärker als „süß“ wirkt, weil
Bitterstoffe regen über den Nervus vagus reflektorisch bislang 25 verschiedene Zell-Rezeptoren für „bitter“, aber
die Speichel- und Magensaftsekretion an, die mit Salzsäure- nur einer für „süß“ nachgewiesen worden ist und weil bei-
und Pepsinsekretion im Magen verbunden ist. Die dabei ge- de Signale um den gleichen Übertragungsweg im Nerven-
steigerte Ausschüttung des Gewebehormons Gastrin erhöht system konkurrieren. All dies verdeutlicht nicht nur die
die Motilität (Beweglichkeit) und Muskelkraft von Speise- überlebenswichtige Bedeutung der Geschmacksqualität
röhre, Magen, Zwölffinger- oder Dünndarm und steigert die „bitter“, sondern weist auch auf den zuckerbasierten Ener-
Sekretion des Pankreas. Insgesamt können Bitterstoffe die giestoffwechsel als einen gemeinsamen Funktionskreis von
Sekretion um bis zu 25–30 % zusätzlich ansteigen lassen. Die „süß“ und „bitter“ hin [26]. Neuere Untersuchungen zeigen,
dass zahlreiche bitterstoffhaltige Nahrungsmittel im Tier-
versuch nicht nur die Gewichtszunahme bei energiereicher
Nahrung verhindern, sondern auch über bislang unbe-
kannte Signalwege vor allem die Einlagerung überschüssi-
ger Energie als Viszeralfett (in der freien Bauchhöhle ein-
gelagertes Fett) verringern. Umgekehrt zeigt sich, dass Men-
schen, denen die Fähigkeit fehlt, bestimmte bittere Sub-
stanzen wahrzunehmen, häufiger als andere übergewichtig
werden [27]. Diese Befunde unterstützen die Annahme,
dass Bitterstoffe nicht allein – wie bei ihrer traditionellen
Anwendung – die Verdauung optimieren und beschleuni-
gen, sondern über die Reizung der Geschmacksknospen ei-
ne direkte Wirkung auf den (Energie-)Stoffwechsel haben.
Hierauf weisen auch neueste Forschungen hin, die Bitter-
rezeptoren, ähnlich jenen auf der Zunge, auch in der Ma-
gen-Darmschleimhaut gefunden haben. Diese Rezeptoren
sind in der Lage, selbst verdauungs- und stoffwechselsteu-
ernde Hormone zu bilden und freizusetzen (sog. entero-
endokrine Zellen) [28].
Abgesehen von einer Bitterstoff-Wirkung zeigen einige
Sesquiterpenlactone und Diterpene, z.B. aus Arnika- oder
Salbeiblüten, entzündungshemmende, antibakterielle und
fungistatische Eigenschaften. Bestimmte Bitterstoffe haben
uteruskontrahierende oder blutdrucksenkende Eigenschaf-
ten, einige wirken positiv-inotrop (Steigerung der Kontrak-
tionsfähigkit von Muskelgewebe). Für Wermut sowie Fieber-
klee wird eine immunstimulierende Wirkung diskutiert. Für
die Bitterstoffe des Enzians sind eine Anregung der T-Lym-
phozyten sowie ein positiver Einfluss auf das darmassozi-
ierte Immunsystem (GALT) nachgewiesen worden [23].
Anwendung
Wichtig für die Wirkung der Bitterstoffe bei der traditio-
nellen Anwendung ist die Einnahme etwa eine halbe Stun-
de vor der Nahrungsaufnahme. Wie erwähnt ist dabei eine
Sekretionszunahme von 25-30 % möglich. Zur Anwendung
Abb. 9 Cichorium intybus L. dient schon seit vorgeschicht-
kommen bitterstoffhaltige Drogen bei Appetitlosigkeit, in
licher Zeit als Wildgemüse. Es enthält den Bitterstoff Intybin. Zeiten von Rekonvaleszenz (Genesung), bei Völlegefühl und
Die Wegwarte wächst vorwiegend an Ruderalstandorten. Blähungen sowie als Cholagoga, also galletreibende Mittel.
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| 271> Abb. 10 Atropa Europa verbreitet hat. Zu ihren botanischen Verwandten
belladonna L., die zählen die heute als Salatpflanze genutzte Endivie und die
Tollkirsche aus der
Kaffeezichorie. Die Waldwegwarte ist eine mehrjährige
Familie der Nacht-
schattengewächse Pflanze und kann eine stattliche Höhe von bis zu zwei Me-
(Solanaceae) ist tern erreichen, wird aber auf kargen Böden mitunter nicht
eine stickstoffzei- größer als fünfzehn Zentimeter. Sie zeichnet sich durch ih-
gende, einheimi-
re schrotsägeförmigen, oftmals auf der Unterseite steif be-
sche Hochstaude
an Lichtungen in haarten Laubblätter und ihre zungenförmigen Blütenblätter
Kalkbuchen- aus. Ins Auge fallen vor allem die weiblichen Blumenköpfe
wäldern. aufgrund ihrer leuchtend hellblauen Farbe.
>> Abb. 11 Aconi- Als Gemüsepflanze hat Cichorium eine lange Tradition:
tum variegatum L., Bereits im Altertum bereitete man aus ihren bitter-pikanten
der Bunte Eisenhut Blättern Salate zu. In Salzwasser gekocht und mit Butter ge-
aus der Familie der schmort haben unsere Vorfahren die jungen Blatttriebe auch
Ranunculaceae ist
eine stickstoff- Bitterstoffe kommen vor allem in den Pflanzenfamilien As- als Gemüse gegessen. Bei der Endivie (Cichorium endivia)
zeigende, einhei- clepiadaceae (Schwalbenwurzgewächse), Asteraceae (Korb- aus dem Mittelmeergebiet hat man in der langen Ver-
mische Hochstaude blütler), Gentianaceae (Enziangewächse), Lamiaceae (Lip- brauchsgeschichte inzwischen bitterstoffärmere Varianten
in der Krautschicht penblütler), Menyanthaceae (Fieberkleegewächse) und Ru- gezüchtet (Varietät crispum). Als Salat verwendete Pflanzen
offener Bruch- und
Auenwälder sowie taceae (Rautengewächse) vor (Tabelle 3). Die Anwendung werden zwei bis drei Wochen vor der Ernte oben zusam-
in subalpinen zur Gewichtsreduktion erfolgt durch intensives Kauen zum mengebunden, damit das „Herz“ bleich und zart bleibt und
Hochstauden- Beispiel eines aus Wegwartenkraut, Löwenzahnkraut, Wild- weniger Bitterstoffe gebildet werden. Beim Chicorée (Ci-
fluren. Artischockenblättern, Hagebuttenschalen und anderen Bit- chorium intybus var. foliosum) wird durch Treiben im Dun-
terstoffdrogen bestehenden, hochbitteren Wildgemüse- keln ein weiß bleibender Spross gezüchtet, der als Salat
produktes unmittelbar vor der Nahrungsaufnahme. Solche oder Gemüse gegessen wird. Aus Italien stammt eine durch
Produkte sind in Apotheken erhältlich. Anthocyane rot gefärbte Varietät, als Radicchio bekannt,
Die Waldwegwarte (Cichorium intybus var. sylvestre, die ebenfalls Intybin enthält.
Abbildung 9) ist ein Wildgemüse (Bitterstoff: Intybin, Ab-
bildung 8), das bereits bei unseren Vorfahren sehr beliebt Alkaloide
war und das sich schon in vorgeschichtlicher Zeit über ganz Alkaloide sind stickstoffhaltige, komplex aufgebaute, meist
basisch (alkalisch, daher der Name) reagierende Verbin-
dungen, wobei das Stickstoffatom meist in ein Ringsystem
ABB. 12
| A L K A LO I D E
O
eingebunden ist. Es sind wohl über 10.000 Alkaloide be-
kannt. Deren Namen leiten sich zumeist vom Gattungs- oder
Artname der Pflanze ab, z.B. Atropin aus Atropa belladon-
CH3 H
H3C N na (Abbildung 10) oder Aconitin aus Aconitum napellus
N
N und A.variegatum (Abbildung 11). Alkaloide zeigen im Or-
H
N ganismus eine hochgradige biologische Aktivität mit aus-
O N N
H H CH3 geprägter pharmakologischer Wirkung [3].
N
H Nicotin Alkaloide werden nach ihrer chemischen Struktur in
CH3 N
O
Coffein H N-heterozyklische Naturstoffe und nichtheterozyklische or-
O
Strychnin ganische Verbindungen unterteilt. Sie haben meist ein von
Aminosäuren abgeleitetes Grundgerüst mit einem oder
Phenylalkylamine
O mehreren Stickstoffatomen (Abbildung 12). Alkaloide sind
OH H
MeO CH3
fast immer lipophil, bilden jedoch in der Pflanze wasser-
N lösliche Salze mit organischen Säuren (Essig-, Oxal- oder
H
Capsaicin Milchsäure). Aus historischen Gründen werden auch eini-
HO HN
CH3 ge N-heterozyklische Verbindungen, die neutral bzw. sauer
Ephedrin
reagieren, z.B. Coffein oder Amine mit aromatischem Ring
MeO (u.a. Capsaicin und Ephedrin), den Alkaloiden zugerech-
NHAc net. Dies gilt auch für sich von Alkaloiden ableitende Ver-
MeO bindungen wie etwa Colchicin. Antibiotika werden hinge-
gen, obwohl einige von ihnen alle Merkmale von Alkaloiden
MeO
aufweisen (z.B. Mitomycin C), aus dieser Gruppe ausge-
O
Colchicin schlossen [29].
OMe Beispiele für verschiedene Alkaloide. Neben Pflanzen synthetisieren auch Mikroorganismen
und manche Tiere (z.B. Salamander, Kröten) Alkaloide. Letz-
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teres ist jedoch äußerst selten. Da die Alkaloide auch auf
den tierischen Erzeuger-Organismus als Nervengifte wir-
ken, sind sie meist peripher in Hautdrüsen isoliert. Auch
Pflanzen versuchen eine Alkaloid-Selbstvergiftung zu ver-
hindern, z.B. durch besonderen Exkretzellen wie bei den
Milchröhren der Papaveraceae (Mohngewächse), deren
Milchsaft viele Alkaloide (u.a. Morphin) enthält (Abbil-
dung 13). Zudem sind die Alkaloide oft nur in bestimmten
Teilen der Pflanzen zu finden, wobei Synthese- und Spei-
cherort nicht identisch sein müssen (z.B. Nicotiana (Ta-
bak): Synthese in den Wurzeln, Speicherung in den Blät-
tern). Alkaloide sind Produkte des Sekundärstoffwechsels
und entstehen über eine Vielzahl von Biosynthesewegen.
Sie sollen Pflanzen wegen ihres bitteren Geschmacks Schutz
vor Fressfeinden bieten [30]. Ihre sonstigen Funktionen sind
weitgehend unbekannt, für die Organismen sind sie nicht
essentiell.
Trotz der unklaren biologischen Funktionen [10] der
chemisch extrem heterogenen Alkaloidgruppe fällt die aus-
Abb. 13 Papaver Somniferum L.; Der Schlafmohn aus der Familie der Papaveraceae
gesprochen homogene Affinität zum Nervensystem (Neu- ist ein in Einbürgerung befindlicher Neophyt und eine alte Kulturpflanze. Ihr Wert
rotropie) auf. Die meisten Alkaloide sind starke Gifte, die ist ambivalent: Opium – Krieg, Verbrechen, Gesundheit – kaum eine Droge hat so
spezifisch auf bestimmte Zentren des Nervensystems wir- viele Gesichter.
ken (z.B. Strychnin, Nicotin). Vergiftungen mit Pflanzen
werden oft durch Alkaloide verursacht. Durch ihre struk-
turelle Ähnlichkeit mit Neurotransmittern können Alkaloi- dürfen nur als normierte, auf ein Mindest- und Maximalge-
de in die nervale Regulation als Agonisten (Substanzen, die halt eingestellte Drogen-Zubereitungen verwendet werden.
einen Transmitter imitieren), so z.B. Morphin, oder als An- Weitere Heilpflanzen mit schwächerer Alkaloidwirkung sind
tagonisten (hemmen Agonisten), z.B. Hyoscyamin und Sco- beispielsweise Schöllkraut, Erdrauch oder Besenginster. Al-
polamin, eingreifen. Ebenso können sie, wie z.B. Ephedrin, kaloide wie Taxol, Vinblastin und Colchicin, bei denen es
die Transmitterfreisetzung erhöhen. Durch Alkaloide sich um teils partialsynthetisch gewonnene Reinsubstanzen
kommt es zur Blockade von Ionenkanälen sowie zu einer handelt, kommen in der Onkologie (Krebswissenschaft) zur
Inaktivierung oder Hemmung von Enzymen, die Neuro- Anwendung und beeinflussen die Zellteilung [9, 23].
transmitter blockieren oder sogenannte „second Messen-
ger“ abbauen. Teilweise sind sie in geeigneter Dosierung Schlagworte
auch als Heilmittel einsetzbar (z.B. Morphin, Chinin, Atro- Biodiversität, Naturstoffe, Kohlenhydrate, Polyphenole,
pin). Intrazellulär wirkende Alkaloide (Colchicin, Vincristin, Bitterstoffe, Alkaloide
Vinblastin) blockieren die Zellteilung und spielen in der
Krebstherapie als Zytostatika eine Rolle. Andere Alkaloide
TA B . 4 A L K A LO I D R E I C H E D RO G E N M I T
werden als Anregungsmittel z.B. in Kaffee (Coffein), Tee
(Theophyllin) oder Kakao (Theobromin) genossen. Zu den
Alkaloiden zählen auch Halluzinogene (LSD, Psilocybin) und
| M E D I Z I N I S C H E R B E D E U T U N G [ AU S 3 ]
Betäubungsmittel. Die euphorisierende Wirkung mancher Alkaloidreiche Drogen (Auswahl)
Alkaloide (Morphin, Cocain) kann zu Gewöhnung und Symphyti radix (Beinwellwurzel) Cytisi scoparii herba (Besenginsterkraut)
Sucht führen. Alkaloide zählen zu den ältesten Rausch- und Hyoscyami folium (Bilsenkrautblätter) Boldo folium (Boldoblätter)
Genussmittel der Menschheit (z.B. Opium) [6, 31]. Die Re-
Ipecacuanha radix (Brechwurzel) Cinchonae cortex (Chinarinde)
sorption der im alkalischen Milieu des Darmes als lipophi-
Colombo radix (Colombowurzel) Aconiti tuber (Eisenhutknolle)
le Basen vorliegenden Alkaloide erfolgt rasch und fast voll-
Ephedrae herba (Ephedrakraut) Fumariae herba (Erdrauchkraut)
ständig (Ausnahmen: Alkaloide mit quartärem N-Atom oder
Eschscholziae herba (Eschscholtzienkraut) Colchici tuber (Herbstzeitlosenknolle)
freien phenolischen OH-Gruppen). Fast alle Alkaloide pas-
Jaborandi folia (Jaborandiblätter) Hydrastis rhizoma
sieren die Blut-Hirn-Schranke sowie die Plazentaschranke
(Kanadischer Gelbwurzelstock)
und treten auch in die Muttermilch über.
Lobeliae herba (Lobelienkraut) Secale cornutum (Mutterkorn)
Papaver somniferum (Opium) Serpentinae radix (Schlangenwurz)
Phytotherapie
In der Phytotherapie (Pflanzenheilkunde) werden standar- Chelidonii herba (Schöllkraut) Thea nigra (Schwarzer Tee)
disierte Extrakte oder Drogen aus Heilpflanzen angewendet Stramonii folia (Stechapfelblatt) Belladonnae folium/radix
(Tabelle 4). Alkaloiddrogen wie Tollkirsche oder Bilsenkraut (Tollkirschblätter/-wurzel)
Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 260 – 274 www.chiuz.de © 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
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