Mitocondriile și cloroplastele ca situsuri originale de sinteză a melatoninei: o ipoteză legată de funcția primară și evoluția melatoninei la eucariote

Mitocondriile și cloroplastele sunt surse majore de generare a radicalilor liberi în organismele vii. Din acest motiv, aceste organite necesită o protecție puternică împotriva radicalilor liberi și a stresului oxidativ asociat. Melatonina este un antioxidant și un puternic captator de radicali liberi. Aceasta îndeplinește criteriile de antioxidant mitocondrial și cloroplastic. Au apărut dovezi care arată că atât mitocondriile, cât și cloroplastele pot avea capacitatea de a sintetiza și metaboliza melatonina. Activitatea arilalchilaminei N-acetiltransferazei (AANAT), enzima raportată ca fiind enzima care limitează viteza de sinteză a melatoninei, a fost identificată în mitocondrii, iar niveluri ridicate de melatonină au fost, de asemenea, găsite în acest organit. Din punct de vedere evolutiv, precursorul mitocondriilor este, probabil, bacteria purpurie fără sulf, în special Rhodospirillum rubrum, iar cloroplastele sunt, probabil, descendenții cianobacteriilor. Aceste specii bacteriene au fost endosimbionți ai protoeucariotelor gazdă și s-au transformat treptat în organite celulare, adică mitocondrii și, respectiv, cloroplaste, dând astfel naștere la celulele eucariote. De o importanță deosebită, atât bacteriile purpurii nesulfuroase (R. rubrum), cât și cianobacteriile sintetizează melatonina. Activitățile enzimatice necesare pentru sinteza melatoninei au fost, de asemenea, detectate în aceste specii primitive. Ipoteza noastră este că mitocondriile și cloroplastele sunt locurile inițiale de sinteză a melatoninei în stadiul timpuriu al organismelor endosimbiotice; această capacitate de sinteză a fost transportată în eucariotele gazdă de către bacteriile menționate mai sus. În plus, capacitățile lor de biosinteză a melatoninei s-au păstrat în timpul evoluției. În cele mai multe, dacă nu în toate celulele, mitocondriile și cloroplastele pot continua să fie locurile primare de generare a melatoninei. Este posibil ca producția de melatonină în alte compartimente celulare să fi derivat din mitocondrii și cloroplaste. Pe baza acestei ipoteze, este, de asemenea, posibil să se explice de ce plantele au, de obicei, niveluri mai ridicate de melatonină decât animalele. La plante, atât cloroplastele, cât și mitocondriile sintetizează probabil melatonina, în timp ce celulele animale conțin doar mitocondrii. Nivelurile ridicate de melatonină produse de mitocondrii și cloroplaste sunt folosite pentru a proteja aceste organite celulare importante împotriva stresului oxidativ și pentru a-și păstra funcțiile fiziologice. Efectele benefice superioare ale melatoninei atât în mitocondrii, cât și în cloroplaste au fost raportate frecvent.