Mitocondri e cloroplasti come siti originali della sintesi della melatonina: un’ipotesi relativa alla funzione primaria e all’evoluzione della melatonina negli eucarioti

Mitocondri e cloroplasti sono le principali fonti di generazione di radicali liberi negli organismi viventi. Per questo motivo, questi organelli richiedono una forte protezione dai radicali liberi e dallo stress ossidativo associato. La melatonina è un potente spazzino di radicali liberi e antiossidante. Soddisfa i criteri come antiossidante mitocondriale e cloroplastico. Sono emerse prove che dimostrano che sia i mitocondri che i cloroplasti possono avere la capacità di sintetizzare e metabolizzare la melatonina. L’attività dell’arilalchilammina N-acetiltransferasi (AANAT), l’enzima che limita il tasso di sintesi della melatonina, è stata identificata nei mitocondri, e alti livelli di melatonina sono stati trovati anche in questo organello. Da un punto di vista evolutivo, il precursore dei mitocondri è probabilmente il batterio viola non solforato, in particolare il Rhodospirillum rubrum, e i cloroplasti sono probabilmente i discendenti dei cianobatteri. Queste specie batteriche erano endosimbionti dei proto-eucarioti ospiti e si sono gradualmente trasformati in organelli cellulari, cioè rispettivamente mitocondri e cloroplasti, dando così origine alle cellule eucariotiche. Di particolare importanza, sia i batteri viola non solforati (R. rubrum) che i cianobatteri sintetizzano la melatonina. Le attività enzimatiche necessarie per la sintesi della melatonina sono state rilevate anche in queste specie primitive. La nostra ipotesi è che i mitocondri e i cloroplasti siano i siti originali di sintesi della melatonina nella fase iniziale degli organismi endosimbiotici; questa capacità sintetica è stata portata negli eucarioti ospiti dai batteri sopra menzionati. Inoltre, le loro capacità di biosintesi della melatonina sono state conservate durante l’evoluzione. Nella maggior parte, se non in tutte le cellule, i mitocondri e i cloroplasti possono continuare ad essere i siti primari di generazione della melatonina. La produzione di melatonina in altri compartimenti cellulari può essere derivata dai mitocondri e dai cloroplasti. Sulla base di questa ipotesi, è anche possibile spiegare perché le piante hanno tipicamente livelli di melatonina più alti rispetto agli animali. Nelle piante, sia i cloroplasti che i mitocondri probabilmente sintetizzano la melatonina, mentre le cellule animali contengono solo mitocondri. Gli alti livelli di melatonina prodotti dai mitocondri e dai cloroplasti servono a proteggere questi importanti organelli cellulari dallo stress ossidativo e a preservare le loro funzioni fisiologiche. Gli effetti benefici superiori della melatonina sia nei mitocondri che nei cloroplasti sono stati spesso riportati.