Mitocôndrias e cloroplastos como sítios originais da síntese de melatonina: uma hipótese relacionada à função primária e evolução em eucariotas

Mitocôndrias e cloroplastos são as principais fontes de geração de radicais livres em organismos vivos. Devido a isso, esses organelos requerem forte proteção contra os radicais livres e o estresse oxidativo associado. A melatonina é um potente catador de radicais livres e antioxidante. Cumpre os critérios de antioxidante mitocondrial e cloroplástico. Evidências têm surgido para mostrar que tanto mitocôndrias quanto cloroplastos podem ter a capacidade de sintetizar e metabolizar a melatonina. A atividade da arylalkylamine N-acetyltransferase (AANAT), a enzima limitadora de taxa na síntese da melatonina, foi identificada nas mitocôndrias, e altos níveis de melatonina também foram encontrados nesta organela. Do ponto de vista evolutivo, o precursor da mitocôndria provavelmente é a bactéria purpúrea não sulfurosa, particularmente, Rhodospirillum rubrum, e os cloroplastos são provavelmente os descendentes de cianobactérias. Estas espécies bacterianas eram endossimbiontes de proto-eukariotas hospedeiro e gradualmente transformadas em organelas celulares, ou seja, mitocôndrias e cloroplastos, respectivamente, dando assim origem a células eucarióticas. De especial importância, tanto as bactérias purpúreas não sulfurosas (R. rubrum) como as cianobactérias sintetizam a melatonina. As actividades enzimáticas necessárias para a síntese da melatonina também foram detectadas nestas espécies primitivas. É nossa hipótese que mitocôndrias e cloroplastos são os locais originais da síntese da melatonina no estágio inicial dos organismos endosimbióticos; esta capacidade de síntese foi levada às eucariotas hospedeiras pelas bactérias acima mencionadas. Além disso, as suas capacidades biossintéticas de melatonina foram preservadas durante a evolução. Na maioria das células, se não em todas, as mitocôndrias e os cloroplastos podem continuar a ser os sítios primários da geração da melatonina. A produção de melatonina em outros compartimentos celulares pode ter derivado das mitocôndrias e dos cloroplastos. Com base nesta hipótese, também é possível explicar porque as plantas tipicamente têm níveis mais altos de melatonina do que os animais. Nas plantas, tanto os cloroplastos como as mitocôndrias provavelmente sintetizam melatonina, enquanto as células animais contêm apenas mitocôndrias. Os altos níveis de melatonina produzidos por mitocôndrias e cloroplastos são usados para proteger estas importantes organelas celulares contra o estresse oxidativo e preservar suas funções fisiológicas. Os efeitos benéficos superiores da melatonina tanto nas mitocôndrias como nos cloroplastos têm sido frequentemente relatados.