Mitochondrie a chloroplasty jako původní místa syntézy melatoninu: hypotéza související s primární funkcí a evolucí melatoninu u eukaryot

Mitochondrie a chloroplasty jsou hlavními zdroji tvorby volných radikálů v živých organismech. Z tohoto důvodu tyto organely vyžadují silnou ochranu před volnými radikály a souvisejícím oxidačním stresem. Melatonin je silným vychytávačem volných radikálů a antioxidantem. Splňuje kritéria mitochondriálního a chloroplastového antioxidantu. Objevily se důkazy, které ukazují, že mitochondrie i chloroplasty mohou mít schopnost syntetizovat a metabolizovat melatonin. V mitochondriích byla identifikována aktivita arylalkylamin N-acetyltransferázy (AANAT), údajně enzymu omezujícího rychlost syntézy melatoninu, a v této organele byly rovněž zjištěny vysoké hladiny melatoninu. Z evolučního hlediska je předchůdcem mitochondrií pravděpodobně purpurová nesirná bakterie, zejména Rhodospirillum rubrum, a chloroplasty jsou pravděpodobně potomky sinic. Tyto bakteriální druhy byly endosymbionty hostitelských proto-eukaryot a postupně se přeměnily v buněčné organely, tedy mitochondrie, respektive chloroplasty, čímž daly vzniknout eukaryotickým buňkám. Zvláštní význam mají purpurové nesirné bakterie (R. rubrum) i sinice, které syntetizují melatonin. U těchto primitivních druhů byly rovněž zjištěny enzymové aktivity potřebné pro syntézu melatoninu. Naší hypotézou je, že mitochondrie a chloroplasty jsou původními místy syntézy melatoninu v rané fázi endosymbiotických organismů; tuto syntetickou schopnost přenesly do hostitelských eukaryot výše zmíněné bakterie. Jejich biosyntetické schopnosti melatoninu se navíc během evoluce zachovaly. Ve většině, ne-li ve všech buňkách, mohou být mitochondrie a chloroplasty i nadále primárními místy tvorby melatoninu. Produkce melatoninu v jiných buněčných kompartmentech mohla být odvozena od mitochondrií a chloroplastů. Na základě této hypotézy je také možné vysvětlit, proč mají rostliny obvykle vyšší hladiny melatoninu než živočichové. V rostlinách pravděpodobně syntetizují melatonin jak chloroplasty, tak mitochondrie, zatímco živočišné buňky obsahují pouze mitochondrie. Vysoké hladiny melatoninu produkované mitochondriemi a chloroplasty slouží k ochraně těchto důležitých buněčných organel před oxidačním stresem a k zachování jejich fyziologických funkcí. Vynikající příznivé účinky melatoninu v mitochondriích i chloroplastech byly často zaznamenány.