La melatonina es una neurohormona que se sintetiza en la glándula pineal (epífisis). Ésta en los humanos pesa alrededor de 150 mg. y ocupa la depresión entre el colículo superior y la parte posterior del cuerpo calloso. Aunque existen conexiones entre la glándula pineal y el cerebro, aquélla se encuentra fuera de la barrera hematoencefálica y está inervada principalmente por los nervios simpáticos que vienen de los ganglios cervicales superiores.

En 1917 se observó in vitro que extractos de glándula pineal clareaba la piel de sapo. A finales de los 50, Lerner y colaboradores aislaron la hormona pineal que producía este efecto y describieron su estructura química: 5-metoxi-N-acetiltriptamina (melatonina).

Metabolismo de la melatonina

La melatonina es sintetizada desde la serotonina, y la epífisis contiene todas las enzimas necesarias para sintetizar la serotonina desde el triptófano, así como dos enzimas requeridas para convertir la serotonina en melatonina (Ruta 1). La enzima que limita la cantidad, serotonina N-acetiltransferasa, convierte la serotonina en N-acetilserotonina, que es convertido a melatonina por medio de la enzima 5-hidroxiindol-O-metiltransferasa, que utiliza como donante del grupo metil a la S-adenosil metionina.

Un rasgo único de la glándula pineal es que la síntesis y secreción de la melatonina está profundamente influida por el ciclo día-noche. Durante la luz del día, la síntesis y secreción de melatonina son reducidas, ya que el impulso va los nervios simpáticos que inervan la glándula pineal. Al comienzo de la noche, hay una activación de estos nervios, y el incremento en la liberación de noradrenalina desde éstos activa los b-adrenoceptores de la glándula pineal para aumentar la formación de AMPc, con la activación de los a₁-adrenoceptores se amplifica más la respuesta. Este segundo mensajero provoca la activación de la serotonina N-acetiltransferasa que va a incrementar la síntesis de melatonina. Por tanto, la glándula pineal funciona como un transductor neuroendocrino. En mamíferos, la información fotosensorial que entra por la retina influye en la actividad de sus proyecciones neuronales, que sirve finalmente para inhibir o estimular la secreción de serotonina. En animales aislados en oscuridad continua el ritmo circadiano de secreción de melatonina. Entonces la síntesis de melatonina se lleva a cabo desde un reloj endógeno, probablemente situado dentro del núcleo supraquiasmático del hipotálamo, habiendo sido entrenado normalmente en el ciclo día-noche.

Implicaciones funcionales de la melatonina

Los efectos fisiológicos y conductuales exactos de la melatonina es humanos son aun inciertos. Quizá lo más comprobado sea su papel en la reproducción, particularmente en mamíferos que se reproducen estacionalmente tales como hamsters u ovejas que organizan sus ciclos reproductivos a través de cambios en el fotoperiodo. La información sobre la duración del día puede ser transmitida por el eje hipotálamo-hipófiso-gonadal por medio del patrón de producción de melatonina. Aunque se creía que los efectos de la melatonina sobre la reproducción era únicamente antigonadotróficos, se ha visto que la melatonina puede ser capaz de causar efectos progonadotróficos. El tipo de efecto provocado por la melatonina depende del momento en el fotoperiodo en el que es administrada, la especie y la dosis administrada.