Melatonin er molekylært signal for å dusere søvn i cirkadiske rytmer eller kan virke som en antioksidant, beskytter DNA mot skad, motvirker betennelser, regulerer apoptose og påvirker autofagi.
Trett malt av Christian Krohg. Wikimedia Commons.
Lys mottatt av rhodopsin i staver og fotopsiner i tappene i netthinnen hor virdyr gir aksjonspotensialer som blir overført til hypotalamus, videre via det sympatiske nervesystemet til pinealkjertelen som øker utskillelsen av melatonin i skumring og mørke. Hos dyr virker melatonin også på reproduksjon ved å hemme utskillelsen av kjønnshormoner. Melatonin reduserer utskillelsen av gonadotropinfrigivende hormon fra hypotalamus. Gonadotropinfrigivende hormon er en viktig regulator av reproduksjon via follikelstimulerende hormon og luteiniserende hormon. Utskillelsen er regulert av fotoperioden, i aksen hypotalamus-hypofyse-gonader. I samvirke med kisspeptin-neurokinin-dynorfin nevralt nettverk i hypotalamus. Nevropeptidene kisspeptin, neurokinin B og dynorfin A kan kontrollere reproduksjon hos pattedyr ved å påvirke gonadotropinfrigivende hormon. Nevropeptidene blir laget i neuroendokrine neuroner i arcuatuskjernen (nucleus arcuatus) i hypotalamus, lagret i nevrosekretoriske vesikler og utskilt ved eksocytose binder seg til blant annet G-proteinkoblete reseptorer i plasmamembranen til målceller
Hos dyr som har parringstid om våren, slik som fugler, gir minskende nattlengde redusert utskillelse av melatonin. Langdagsstyrt brunsttid og parringparring har senket produksjon av melatonin, mens kortdagsstyrt brunsttid aktiveres av melatonin.
Gonadene øker i størrelse hos fuglene om våren, hypertrofi, og minsker etter reproduksjonen for å spare vekt hos fuglen.
Hval har unihemisfærisk søvn og lager ikke melatonin. Melatonin ble oppdaget som et stoff som endrer farge I huden på noen amfibier og reptiler. Melatonin har også en antioksidantvirkning. Små mengder melatonin finnes også i planter.
Melatonin i pilleform (les alltid pakningsvedlegget) blir brukt som innsovningsmiddel, noen ganger sammen med bitterekstrakt fra humle (Humulus lupulus) . Humuloner (prenylerte floroglucinolderivater) kalt alfa(α)syrer som blir brukt i ølbrygging har en sedaterende effekt ved å minske aktiviteten til nevrotransmittoren gamma-aminosmørsyre (GABA) som gir hemmende effekt på sentralnervesystemet.
Alkaloidet kaffein er et purin og metylxantin som finnes blant annet i kaffebønner konkurrerer med adenosin i binding til reseptorer, og reduserer den hemmende virkningen av GABA, og kan påvirke de melatoninstyrt søvnsyklus.
Biosyntesen og sekresjon av melatonin og dyr og mennesker skjer i pinealkjertelen, men også ekstrapinealt i andre cellevev og organer hvor melatonin har andre funksjoner, blant annet i beskyttelse mot reaktive oksygenforbindelser og reaktive nitrogenforbindelser. Ekstrapinealt melatonin blir ikke fraktet med blodet finnes i netthinnen (retina) og ciliarlegemet i øyet, i huden, enkelte områder av hjerne, nyrer, lever, skjoldbruskkjertel, milt, ,cochlea i øret beinmar, reproduktive organer g magetarmkanalen.
Melatonin biosyntese hos dyr
Mlelatonin ble oppdaget i 1958 i ekstrakt fra pinealkjertelen hos storfe. Melatonin (N-acetyl-5-metoksytryptamin) er at acetamid og blir laget fra serotonin. Melatonin virker som agonist til melatoninreseptor 1 og 2 som hører med til gruppen G-proteinkoblete reseptorer.
Hos dyr blir melatonin laget i mitokondriene, og siden de ikke kan lage tryptofan må de få det tilført gjennom maten. Hos dyr blir melatonin laget i fire-trinns biosyntesevei. Tryptofan hydroksylase katalyserer en hydroksylering av indoltringen i i den aromatiske aminosyren L-tryptofan:
tryptofan + oksygen (O2) + tetrahydropterin → 5-hydroksy-tryptofan + 4-hydroksytetrahydropterin
Neste trinn er katalysert av 5-hydroksyl-tryptofan dekarboksylase, et pyridoksalfosfatenzym hvor det blir laget serotnonin og karbondioksid. Seotonin er et mellomprodukt i biosyntesen av melatonin både i dyr og planter.
5-hydroksy-tryptofan → serotonin + CO2
Etterfulgt av serotonin N-acetyltransferase som styrer mengden melatonin og lager N-actylserotonin fra acetyl-CoA
serotonin + acetyl-CoA → N-acetylserotonin + CoASH
Deretter hydroksyindol-O-metyltransferase som gir en metyleringsreaksjon med S-adenosylmetionin som metyldonor:
N-acetylserotonin + S-adenosylmetionin → melatonin + S-adenosyl-homocystein
N1-acetyl-5-metoksy-kynuramin er en metabolitt fra melatonin.
Meltonin blir metabolisert i kroppen til 6-hydroksymelatonin skilt ut i urinen koblet til sulfat.
Syklisk 3-hydroksymelatonin er en metabolitt fra melatonon som virker som en radikalfjerner.
Melanopsin og melatonin
Øyet har ikke bare en bilde- og synsfunksjon, men også andre fysiologiske funksjoner. Blått lys med bølgelengde 460-480 nanometer (nm) reduserer biosyntesen av melatonin.
Noen ganglieceller i netthinnen hos virveldyr (fisk, fugl, amfibier, pattedyr) inneholder fotoreseptorproteinet melanopsin som registrerer blått lys, en G-proteinkoblet reseptor. Melanopsin deltar i styring av utskillelse av hormoner og stiller den biologiske klokken i cirkadiske rytmer i samvirke med melatonin. Opsinet i melanopsin har mer homologi med det man finner hos invertebrater enn hos pattedyr. Man har også funnet melanopsin i hornhinnen (cornea). Lysforurensning med kunstige lyskilderkan påvirke den naturlige funksjonen til melanopsin. Skiftarbeidere i helsevesen og industri kan få helseplager som resultat av forstyrrelser av den naturlige døgnrytmen.
Biosyntese av melatnonin i planter
Hos planter virker melatonin som en antioksidant og deltar i abiotiske stress forårsaket av kulde, varme og salt.Meltaonin i planter (fytomelatonin) blir laget i mitokondrier og kloroplaster. I biosyntesen deltar enzymene tryptofan dekarboksylase, tryptamin 5-hydroksylase , serotonin N-acetyltransferase , N-acetylserotonin metyltransferase og kaffeinsyre O-methyltransferase,Den aromatiske aminosyren L-tryptofan laget i shikimatbiosynteseveien blir først dekarboksylert til trypamin i cytoplasma katalysert av tryptofan dekarboksylase.
tryptofan → tryptamin + CO2
Enzyme tryptamie-5-hydroksylase omformer tryptamin til serotonin. Seronon blir omdannet til N-acetylserotonin i kloroplastene katalysert av serotonin N-metyltransferase. N-acetylserotonin blir omformet til melatonin i en metyleringsreaksjon katalysert av N-acetyl-serotonin metyltrasnsferase med S-adenosylmetionin som metyldonor. Granateple, tomat, banan og vindruer er melatoninrik frukt.
Litteratur
Wikipedia