Unser Körper ist ein kompliziertes System aus verschiedenen Organen, Abteilungen und Kontrollstellen.
Wenn man ihn mit einer hochentwickelten Stadt mit ihren verschiedenen Vierteln,
Verkehrsknotenpunkten und Verwaltungszentren vergleicht,
könnte man die Biomoleküle als unverzichtbaren Teil der Belegschaft sehen, die die Stadt am Laufen hält.
Und diese Belegschaft ist pausenlos beschäftigt.
Kleine Moleküle dienen als Nährstoffe und liefern somit Energie sowie die Bausteine, die zur Instandhaltung,
zum Wachstum und zur Entwicklung der Stadt benötigt werden.
Als Neurotransmitter, Hormone oder Pheromone sind sie Teil des städtischen Kommunikationsservices.
Und als Vitamine unterstützen sie die städtische Verwaltung bei ihren Aufgaben.
So verschieden all diese kleinen Helfer der Stadtverwaltung in ihrer Funktion und chemischen Struktur auch sein mögen,
sie haben doch alle eine Sache gemein: Ihre Atommasse ist kleiner als 900 Dalton,
Eine Schwelle der von großen Molekülen wie Proteinen oder der DNS weit überschritten wird.
Kleine Biomoleküle können entweder vom Körper selbst produziert werden oder aber durch Einatmen,
über die Haut oder als Bestandteil der Nahrung in den Körper gelangen.
Wir nehmen also über den Mund mit jedem Bissen eine große Menge kleiner Nährstoffmoleküle
wie z.B. Kohlenhydrate und Fette auf, die Treibstoff sowie Baustoff für unseren Körper sind.
Die große Menge an Kohlenstoff in den Kohlenhydraten und Fetten ist für die Energiegewinnung von essentieller Bedeutung.
Über verschiedene chemische Reaktionswege wandelt unser Körper auf Kohlenstoff basierende Makronährstoffe in kleinere,
stabilere Verbindungen um - als ob ein großes Puzzle in kleine Teile zerfällt, um Energie zu generieren.
Fette erfüllen auch strukturelle Aufgaben wie z.B. bei der Bildung der Zellmembranen.
Keine andere Gruppe kleiner Biomoleküle führte zu mehr Auszeichnungen als die Vitamine.
Acht Nobelpreisträger verdanken ihre Auszeichnung unmittelbar der Arbeit an der Entdeckung,
Isolierung oder Beschreibung der Struktur von neuen Vitaminen.
All dies begann mit dem Nobelpreis für Medizin oder Physiologie des Jahres 1929,
der an Frederick Hopkins und Christiaan Eijkman für ihre Entdeckung der Vitamine A1 und B1 verliehen wurde.
Obwohl die Wissenschaftler nicht in der Lage waren die beiden Substanzen zu isolieren, legten sie doch dar,
dass Nahrung, die die Substanzen enthielten wie z.B. Milch und Naturreis, bestimmte Erkrankungen heilen konnte,
die aus einer unausgeglichenen Ernährung resultierten.
Richard Kuhn 1952: "Normalerweise leben alle Säugetiere nach ihrer Geburt
kürzere oder längere Zeit ausschließlich von der Milch der Mutter.
Offenbar enthält die Muttermilch alles, was für das Gedeihen des Neugeborenen wesentlich ist.
Als im Jahr 1909 Wilhelm Stepp in Straßburg und dann Frederick Gowland Hopkins in England versucht haben,
junge Mäuse und junge Ratten aufzuziehen mit einer Nahrung, die aus hoch gereinigtem Eiweiß,
Fett und Kohlenhydrat sowie aus Mineralsalzen bestand, da zeigte sich, dass das nicht geht.
Die Tiere gingen ein. Sie entwickelten sich dagegen gut, wenn man ihnen über dies noch Milch gab.
Das durfte man wohl mehr oder minder erwarten.
Aber die Versuche hatten auch ein unerwartetes Ergebnis, nämlich die Erkenntnis,
dass schon erstaunlich geringe Mengen, astonishingly small amounts of milk, wie Hopkins sagte, ausreichend waren,
um den Tieren das zuzuführen, was er selbst akzessorische Nährstoffe genannt hat,
und was bald darauf den Namen Vitamine erhalten hat."
Heute kennen wir 13 verschiedene Vitamine. Sie sind gemäß ihrer biologischen und chemischen Wirkungsweise klassifiziert.
Sie dienen beispielsweise als Cofaktoren für Enzyme oder als Antioxidantien.
Antioxidantien schützen die Zellen vor freien Radikalen, die schweren Schaden verursachen können.
Sie stellen sicher, dass alles in unserem Körper reibungslos verläuft und auch das allerberühmteste Vitamin,
das Vitamin C, das auch als Ascorbinsäure bekannt ist, trägt seinen Teil dazu bei.
Ein Mangel an Vitamin C kann Skorbut verursachen, der einst unter Seemännern verbreitet war.
Nachdem seit der Mitte des 19. Jahrhunderts lange danach geforscht wurde,
wurde es schließlich vom ungarischen Wissenschaftler Albert von Szent-Györgyi versehentlich isoliert.
Im Jahr 1937 erhielt er den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie,
während Walter Howarth im Jahr 1934 für die Synthese von Vitamin C den Nobelpreis für Chemie erhielt.
Neben der Ernährung ist die Signalübermittlung ein weiteres wichtiges Gebiet, in dem sich kleine Moleküle hervortun.
Viele Jahre hatten Wissenschaftler intensiv debattiert, ob neurale Verbindungen elektrischer oder chemischer Natur seien,
bis 1920 der Pharmakologe Otto Loewi die hybride elektrochemische Natur der Nervensignale in einem berühmten Experiment aufzeigte.
Er isolierte zwei noch schlagende Froschherzen in verschiedenen Behältern, die eine Salzlösung enthielten.
Bei einem der Herzen stimulierte er den Vagusnerv elektrisch, wodurch der Herzschlag verlangsamt wurde.
Loewi nahm dann ein wenig von der Lösung, die dieses Herz umgeben hatte, und goss sie über das zweite Herz.
Obwohl dieses Herz nicht elektrisch stimuliert worden war, begann es sofort ebenfalls langsamer zu schlagen.
Offensichtlich hatte die elektrische Stimulation die Ausschüttung einer chemischen Substanz, die als Neurotransmitter agierte,
in die Salzlösung ausgelöst. Es stelle sich später heraus,
dass dieses kleine Molekül Acetylcholin, der Hauptneurotransmitter des parasympathischen Nervensystems, war.
1936 erhielt Loewi zusammen mit Henry Dale, der 1914 als Erster das Acetylcholin bestimmt hatte,
den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie. Der Nobelpreisträger Erwin Neher,
der 1991 einen geteilten Nobelpreis für seine Arbeit auf dem Gebiet der Ionenkanäle erhielt,
fasste den aktuellen Wissensstand im Hinblick auf die synaptische Übertragung
in einem seiner Lindauer Vorträge folgendermaßen zusammen:
Erwin Neher 2011: "Und diese Information natürlich,
als sie mit den zu dieser Zeit vorliegenden Beweisen aus dem Elektronenmikroskop zusammengeführt wurde,
dass in den Nervenendigungen diese kleinen Strukturen vorliegen, diese kleinen Körnchen, die sich synaptische Vesikel nennen,
dies zusammengefasst führte zu unserem jetzigen Verständnis dessen, was eine synaptische Übertragung ist,
nämlich dass ein Nervenimpuls einen Zustrom von Kalziumionen verursacht.
Ich denke das war... Eine zugrundeliegende Beobachtung war,
dass die Stärke des Signals entscheidend von der Kalziumkonzentration außerhalb der Zelle abhängt.
Dies ist also Kalzium, das infolge des Aktionspotentials in die Nervenendigungen eindringt.
Das Kalzium lässt die Vesikel mit der Plasmamembran verschmelzen und die Vesikel sind mit Neurotransmitter gefüllt,
der sich dort löst und zur postsynaptischen Membrane wandert.
Der Neurotransmitter öffnet Kanäle in der postsynaptischen Membran
und dies löst somit ein elektrisches Signal in der postsynaptischen Membran aus.
Wir haben also diesen relativ komplexen Prozess:
Ein elektrisches Signal wird in ein chemisches Signal übersetzt und wieder zurück in ein elektrisches Signal."
Die Signalübertragung in unserem Körper über lange Distanzen wird durch Hormone ausgeführt,
die eine große strukturelle Vielfalt aufweisen und deshalb an vielen physiologischen Prozessen beteiligt sind.
Heute sind etwa 150 von ihnen bekannt.
Hormone werden zum Beispiel im Gehirn, der Schilddrüse und den Geschlechtsorganen gebildet.
Viele von ihnen sind kleine Biomoleküle.
Der erste Nobelpreis für die Forschung auf dem Gebiet der Hormone
wurde 1939 an den deutschen Wissenschaftler Adolf Butenandt für seine Arbeit mit Sexualhormonen verliehen.
Er hatte das Sexualhormon Östren, das zur Klasse der Steroide zählt, isoliert.
Andere Hormone gehören anderen chemischen Klassen an.
Auch unser Geruchssinn ist sensibel für die Signale aus kleinen Molekülen.
Er kann zwischen etwa 10.000 Gerüchen unterscheiden,
die alle aus tausend verschiedenen kleinen Geruchsstoffmolekülen zusammengesetzt sind.
Diese Geruchsstoffe sind gewissermaßen Alleskönner.
Einige warnen uns vor unmittelbaren Gefahren, andere informieren uns über die Qualität unseres Essens
oder im Falle der Pheromone sagen sie uns sogar, mit wem wir Sex haben möchten.
Adolf Butenandt 1960: "Ich möchte einen schönen Versuch aus der neueren Literatur erwähnen,
der an chinesischen Seidenspinnern gemacht wurde.
Männliche Falter dieses Schmetterlings wurden einzeln markiert
und aus einem fahrenden Eisenbahnzug in verschiedene Entfernungen vom Ausgangsort frei gelassen,
an dem sich unter einer Gaze-Glocke ein Weibchen der Art verbarg.
Aus 4,1 Kilometer Entfernung fanden noch 40 Prozent,
aus 11 Kilometer Entfernung noch 26 Prozent der ausgesetzten Weibchen... ähm, Männchen zu ihrem Weibchen zurück."
1959 war es wieder Adolf Butenandt, dem es nach 20 Jahren Laborarbeit gelang,
das erste Pheromon, das Bombykol, aus 500.000 weiblichen Seidenspinnern zu isolieren.
Der Beitrag kleiner Moleküle zu unserer Gesundheit ist offensichtlich lebenswichtig.
Aber selbst heute sind noch nicht alle von ihnen identifiziert worden.
Eines scheint jedoch sicher: Auch kleine Dinge zählen.