Signalstoff

Beispiele für Botenstoffe und ihre Wirkung.

Als Botenstoff (Mediator, Signalstoff, Elicitor, Semiochemikalie) bezeichnet man verschiedene chemische Stoffe, die in einem Organismus oder zwischen Spezies der Übertragung von Signalen bzw. Informationen (chemische Kommunikation) dienen.

Botenstoffe sind essentiell für das Zusammenspiel der Zellen in einem Organismus (Kommunikation zwischen den Zellen). Bei Pflanzen regulieren Botenstoffe u.a. das Wachstum und die Entwicklung sowie auch den eigenen Schutz, z. B. vor Krankheitserregern oder Fressfeinden.^[1][2]

Die Kommunikation zwischen den Organismen erfolgt häufig auch über chemische Botenstoffe, die sog. Semiochemikalien. Bei den Semiochemikalien wird generell zwischen Pheromonen und Allelochemikalien unterschieden. Während Pheromone der Kommunikation zwischen Organismen einer Art (intraspezifisch) dienen, vermitteln Allelochemikalien Informationen zwischen verschiedenen Arten (interspezifisch). Beispiele für eine interspezifische Wirkung sind

• das Vermögen einiger Pflanzen, über bestimmte Stoffe, die sog. Allomone Parasiten von Pflanzenschädlingen anzulocken.^[1]
• das Anlocken von Nachtfaltern als Beute durch eine Spinnenart mittels eines Sexualpheromons.^[3]

Die Botenstoffe können in verschiedene funktionelle Gruppen oder gemäß ihrer Funktion und Wirkung unterteilt werden, wobei die Einteilung häufig gleitende Übergänge hat bzw. recht willkürlich ist:

Gruppen von Botenstoffen^[4]

Gruppe	Bemerkungen, Eigenschaften	Beispiel(e)	Referenzen
Hormone	werden im Organismus synthetisiert und übermitteln an Organe, Gewebe oder Zellgruppen, die vom Bildungsort mehr oder weniger weit entfernt liegen können, Signale od. Botschaften, die auf deren Funktion bestimmte physiologische Wirkungen ausüben; dabei wirken Hormone nicht direkt, sondern indirekt, beispielsweise durch Veränderung der Enzymkonzentration		[5]
Neurotransmitter	Botenstoffe des Nervensystems, die die Nervenzellen erregen oder hemmen; eng begrenzte lokale Wirkung;	Neuropeptide (Cytokine; spezielle Neurotransmitter des Gehirns); regeln die Stärke von bestimmten Reaktionen; Endorphine hemmen beispielsweise starke Schmerzen, können aber auch Glücksgefühle und Entspannung nach starken körperlichen Anstrengungen vermitteln	[6][7]
Parahormone	Botenstoffe, die in irgendeiner Weise nicht alle Kriterien erfüllen, die für die Definition eines Hormons notwendig sind	Kohlendioxid: fungiert im Rahmen der Atmungsregulation als Kommunikationsstoff	[8]
Pheromone	Werden in die Umgebung ausgeschieden und lösen einen bestimmten Effekt oder ein bestimmtes Verhalten aus; Pheromone wirken, im Gegensatz zu den Allomonen zwischen Individuen derselben Spezies (intraspezifisch)	Pheromone beeinflussen beispielsweise auch das Zusammenleben der Menschen	[9]
Phytohormone	Botenstoffe in Pflanzen; beeinflussen Wachstums- und Differenzierungsprozesse	Ethylen, Auxine; Auxine stimulieren in geringer Konzentration Wachstums- und Entwicklungsprozesse wie Zellteilung und Zellstreckung in der Pflanze. Ethylen ist bei Pflanzen an Wachstumsvorgängen und Stressreaktionen beteiligt	[10]

Unterteilung von Botenstoffen (Semiochemikalien) nach ihrer Funktion und Wirkung^[11]

Wirkung	Stoffklasse	Bezeichnung und Wirkung	Beispiel(e)	Referenzen
Intraspezifisch	Pheromone	Primer: physiologische Veränderung
Intraspezifisch	Pheromone	Releaser: Verhaltensänderung
Interspezifisch	Allelochemikalien	Allomone: Vorteil für produzierenden Organismus bzw. Schaden für Empfänger	Antibiotika, Toxine, fraßhemmende Geschmacksstoffe bei Pflanzen
Interspezifisch	Allelochemikalien	Kairomone: Vorteil für empfangenden Organismus
Interspezifisch	Allelochemikalien	Synonome: Vorteil für produzierenden und empfangenden Organismus	Blütenduft
Interspezifisch	Allelochemikalien	Apneumone: Freisetzung durch abiotische Substrate; können für Empfänger von Vorteil und für das Substrat bewohnende Organismen von Nachteil sein

Bezüglich ihrer chemischen Natur sind viele Botenstoffe Peptide, Steroide, Aminosäurederivate, oder Isoprenderivate, um nur einige zu nennen.

Quellen

1. ↑ ^{a b} Claus Wasternack & Bettina Hause (2000): Stressabwehr und Entwicklung: Jasmonate – chemische Signale in Pflanzen. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 30, Nr. 6, S. 312–320. doi:10.1002/1521-415X(200011)30:6<312::AID-BIUZ312>3.0.CO;2-8
2. ↑ Uwe Conrath & Heinrich Kauss (2000): Systemisch erworbene Resistenz – Das „Immunsystem“ der Pflanze. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 30, Nr. 4, S. 202–208. doi:10.1002/1521-415X(200007)30:4<202::AID-BIUZ202>3.0.CO;2-1
3. ↑ Stefan Schulz (1997): Die Chemie von Spinnengift und Spinnseide. In: Angewandte Chemie. Bd. 109, Nr. 4, S. 324–337. doi:10.1002/ange.19971090404
4. ↑ G. Czihak, H. Langer, H. Ziegler (Hrsg.): Biologie – ein Lehrbuch. Springer Verlag, Berlin 1996, ISBN 3-540-61557-1.
5. ↑ Johannes Huber, Elisa Gregor: Die Kraft der Hormone. Verlag Droemer/Knaur, 2005, ISBN 3-426-66974-9
6. ↑ Michael Angrick (1983): Endorphine. In: Pharmazie in unserer Zeit. Bd. 12, Nr. 5, S. 129–134. doi:10.1002/pauz.19830120501
7. ↑ Joachim W. Deitmer (2000): Energiefluss im Gehirn. Wie Gliazellen Neurone stark machen. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 30, Nr. 6, S. 333–340. doi:10.1002/1521-415X(200011)30:6<333::AID-BIUZ333>3.0.CO;2-X
8. ↑ G. Czihak, H. Langer, H. Ziegler (Hrsg.): Biologie – ein Lehrbuch. Springer Verlag, Berlin 1996, ISBN 3-540-61557-1
9. ↑ Udo Pollmer, Andrea Fock, Ulrike Gonder, Karin Haug: Liebe geht durch die Nase. Was unser Verhalten beeinflusst und lenkt. Verlag Kiepenheuer und Witsch, Köln 2001, ISBN 3-462-03011-6
10. ↑ Klaus Grossmann & Hauke Hansen (2003): Auxin-Herbizide: Wirkstoffe mit Janusgesicht. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 33, Nr. 1, S. 12–20. doi:10.1002/biuz.200390002
11. ↑ Donald .A. Nordlund: Semiochemicals: a review of the terminology. In: Semiochemicals: Their Role in Pest Control. D. A. Nordlund, R.L. Jones, W.J. Lewis (Hrsg.), John Wiley & Sons, New York 1981, S. 13–28, ISBN 0-471-05803-3.

Literatur

• Ferid Murad (1999): Die Entdeckung einiger biologischer Wirkungen von Stickstoffmonoxid und seiner Rolle für die Zellkommunikation (Nobel-Vortrag). In: Angewandte Chemie. Bd. 111, Nr. 13–14, S. 1976–1989. doi:10.1002/(SICI)1521-3757(19990712)111:13/14<1976::AID-ANGE1976>3.0.CO;2-A
• Louis J. Ignarro (1999): Stickstoffmonoxid: ein einzigartiges endogenes Signalmolekül in der Gefäßbiologie (Nobel-Vortrag). In: Angewandte Chemie. Bd. 111, Nr. 13–14, S. 2002–2013. doi:10.1002/(SICI)1521-3757(19990712)111:13/14<2002::AID-ANGE2002>3.0.CO;2-Q
• Ulrich Förstermann (1994): Stickoxid (NO): Umweltgift und körpereigener Botenstoff. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 24, Nr. 2, S. 62–69. doi:10.1002/biuz.19940240203
• Hanns-J. Neubert: Fett, ein lebenswichtiger Signalstoff. In: Welt online. 9. Februar 2003. (HTML)
• Hans Jürgen Bestmann, Elke Übler, Bert Hölldobler (1997): Erste Untersuchungen zur Biosynthese von Ameisenspurpheromonen. In: Angewandte Chemie. Bd. 109, Nr. 4, S. 391–394. doi:10.1002/ange.19971090420
• John G. Macconnell, Robert M. Silverstein (1973): Neue Ergebnisse der Chemie von Insektenpheromonen. In: Angewandte Chemie. Bd. 85, Nr. 15, S. 647–657. doi:10.1002/ange.19730851503
• Hans Jürgen Bestmann, Otto Vostrowsky (1993): Chemische Informationssysteme der Natur: Insektenpheromone. In: Chemie in unserer Zeit. Bd. 27, Nr. 3, S. 123–133. doi:10.1002/ciuz.19930270304
• Roland Schauer (1972): Zur Wirkungsweise der Hormone. In: Angewandte Chemie. Bd. 84, Nr. 2, S. 41–50. doi:10.1002/ange.19720840202
• Heinz Hahn & Martin Bopp (1981): Phytohormone: Die Cytokinine. In: Biologie in unserer Zeit. Bd. 11, Nr. 4, S. 113–120. doi:10.1002/biuz.19810110406
• Frank Schröder (1998): Induzierte chemische Abwehr bei Pflanzen. In: Angewandte Chemie. Bd. 110, Nr. 9, S. 1271–1274. doi:10.1002/(SICI)1521-3757(19980504)110:9<1271::AID-ANGE1271>3.0.CO;2-K