Las mitocondrias y los cloroplastos como los sitios originales de la síntesis de melatonina: una hipótesis relacionada con la función primaria de la melatonina y su evolución en eucariotas

Las mitocondrias y los cloroplastos son las principales fuentes de generación de radicales libres en los organismos vivos. Por ello, estos orgánulos requieren una fuerte protección contra los radicales libres y el estrés oxidativo asociado. La melatonina es un potente eliminador de radicales libres y antioxidante. Cumple los criterios como antioxidante de las mitocondrias y los cloroplastos. Se ha demostrado que tanto las mitocondrias como los cloroplastos pueden tener la capacidad de sintetizar y metabolizar la melatonina. La actividad de la arilalquilamina N-acetiltransferasa (AANAT), la enzima que, según se informa, limita la velocidad de síntesis de la melatonina, se ha identificado en las mitocondrias, y también se han encontrado altos niveles de melatonina en este orgánulo. Desde un punto de vista evolutivo, el precursor de las mitocondrias es probablemente la bacteria púrpura no azufrada, en particular, Rhodospirillum rubrum, y los cloroplastos son probablemente los descendientes de las cianobacterias. Estas especies bacterianas fueron endosimbiontes de protoeucariotas huéspedes y se transformaron gradualmente en orgánulos celulares, es decir, mitocondrias y cloroplastos, respectivamente, dando lugar a las células eucariotas. De especial importancia, tanto las bacterias púrpuras no azufradas (R. rubrum) como las cianobacterias sintetizan melatonina. Las actividades enzimáticas necesarias para la síntesis de melatonina también se han detectado en estas especies primitivas. Nuestra hipótesis es que las mitocondrias y los cloroplastos son los lugares originales de la síntesis de melatonina en la etapa temprana de los organismos endosimbióticos; esta capacidad sintética fue llevada a los eucariotas huéspedes por las bacterias mencionadas. Además, sus capacidades biosintéticas de melatonina se han conservado durante la evolución. En la mayoría de las células, si no en todas, las mitocondrias y los cloroplastos pueden seguir siendo los lugares principales de generación de melatonina. La producción de melatonina en otros compartimentos celulares puede haber derivado de las mitocondrias y los cloroplastos. Sobre la base de esta hipótesis, también es posible explicar por qué las plantas suelen tener niveles de melatonina más altos que los animales. En las plantas, es probable que tanto los cloroplastos como las mitocondrias sinteticen melatonina, mientras que las células animales sólo contienen mitocondrias. Los altos niveles de melatonina producidos por las mitocondrias y los cloroplastos sirven para proteger estos importantes orgánulos celulares contra el estrés oxidativo y preservar sus funciones fisiológicas. Los efectos beneficiosos superiores de la melatonina tanto en las mitocondrias como en los cloroplastos se han comunicado con frecuencia.