Melatonin – Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Melatonin (N-acetyl-5-Methoxytryptamin) ist ein Hormon der Epiphyse (Zirbeldrüse), einem Teil des Zwischenhirns. Es wird von den Pinealozyten in der Epiphyse hergestellt. Melatonin wirkt schlaffördernd und steuert den Tag-Nacht-Rhythmus.

Synthese

Aus der essentiellen Aminosäure Tryptophan wird Melatonin über die Zwischenstufe Serotonin hergestellt. Die Synthese verläuft wie folgt [1-3]:

• L-Tryptophan wird mithilfe der Tryptophan-Hydroxylase in 5-Hydroxytryptophan und schließlich in 5-Hydroxytryptamin (Serotonin) umgewandelt. Wichtige Cofaktoren sind hierbei die Vitamine B6 und B3 sowie Magnesium.
• Serotonin wird mit Acetyl-Coenzym A N-acetyliert und es entsteht N-Acetylserotonin (Katalysator ist das Enzym Serotonin-N-Acetyltransferase (AANAT)).
• N-Acetylserotonin wird mit S-Adenosylmethionin mittels der Acetylserotonin-O-Methyltransferase zu Melatonin methyliert.

Melatonin wird nur nachts mit einsetzender Dunkelheit synthetisiert. Das Maximum der Bildung wird zwischen 2:00 Uhr und 4:00 Uhr erreicht, danach fällt es wieder ab [3]. Tageslicht, das das Auge erreicht, hemmt die Melatoninsekretion. Dieses gilt insbesondere für das Morgenlicht, das den höchsten Blaulichtanteil hat. Im Laufe des Tages sinkt der Blaulichtanteil kontinuierlich und der Melatoninspiegel baut sich zum Abend hin langsam auf. Melatonin induziert die Tiefschlafphase und ist ein Stimulus für die Ausschüttung des Wachstumshormons Somatotropes Hormon (STH).

Die Melatoninproduktion wird von der inneren Uhr und insbesondere vom Umgebungslicht (Sonnenschein, Innenraumbeleuchtung) kontrolliert. Weiterhin gibt es Hinweise, dass der Melatoninspiegel durch Koffein-, Alkohol-, Tabakkonsum sowie Stress und Übergewicht reduziert wird [3].

Die nächtliche Produktion liegt zwischen 10 µg bis 80 µg Melatonin [3]. Die Konzentration von Melatonin ist altersabhängig [3, 6]. Die höchste Konzentration haben Kleinkinder. Danach sinkt die Melatoninbildung kontinuierlich. Deshalb nimmt die durchschnittliche Schlafdauer im Alter ab und es treten gehäuft Schlafprobleme auf.

Neben der Epiphyse wird Melatonin in geringen Mengen im Gastrointestinaltrakt (Magen-Darm-Trakt) und in der Retina (Netzhaut des Auges) hergestellt [3-5].

Resorption

Melatonin, welches oral zu sich genommen wird, kann von Erwachsenen zu 100 % resorbiert werden. Mit steigendem Alter sinkt die Resorptionsrate auf 50 %. Wird Melatonin in Kombination mit beispielsweise einem Abendessen eingenommen, verzögert sich die Resorptionsrate.
Die Bioverfügbarkeit von Melatonin liegt bei 15 %.

Transport und Verteilung

Synthetisiertes Melatonin wird sofort abgegeben und zirkuliert in der Blutbahn. Der Melatoninspiegel im Plasma korreliert mit der in der Epiphyse produzierten Menge. Im Speichel kann 40 % des vorhandenen Melatonins gemessen werden [3].
Die schlaffördernde Wirkung entsteht durch die Bindung von Melatonin an die MT1- und MT2-Rezeptoren.

Melatonin wird schnell in der Leber metabolisiert. Die Halbwertszeit liegt bei nur 10 bis 60 Minuten. Die Exkretion erfolgt über den Urin. Der hier gemessene Metabolit 6-Sulphatoxymelatonin (6-SMT) entspricht dem Melatonin-Serumspiegel und dient zur Bestimmung der Melatoninwerte [3].

Des Weiteren wurden die folgenden Fachbücher für die Verfassung dieses Artikels herangezogen [7, 8].

Literatur

1. Hardeland R: Melatonin, hormone of darkness and more: occurence, control mechanisms, actions and bioactive metabolites. Cell Mol Life Sci. 2008 Jul;65(13):2001-18. doi: 10.1007/s00018-008-8001-x
2. Zawilska JB, Skene DJ, Arendt J: Physiology and pharmacology of melatonin in relation to biological rhythms. Pharmacol Rep. 2009 May-Jun;61(3):383-410
3. Peuhkuri K, Sihvola N, Korpela R: Dietary factors and fluctuating levels of melatonin. Food Nutr Res. 2012;56. doi: 10.3402/fnr.v56i0.17252
4. Bubenik GA: Localization, physiological significance and possible clinical implication of gastroinestinal melatonin. Biol Signals Recept. 2001 Nov-Dec;10(6):350-66
5. Mukherjee S, Maitra SK: Gut Melatonin in Vertebrates: Chronobiology and Physiology. Front Endocrinol (Lausanne). 2015 Jul 22;6:112. doi: 10.3389/fendo.2015.00112
6. Cardinali DP, Esquifino AI, Srinivasan V, Pandi-Perumal SR: Melatonin and the immune system in aging. Neuroimmunomodulation. 2008;15(4-6):272-8. doi: 10.1159/000156470
7. Srinivasan V, Brzezinski A, Oter S et al: Melatonin and melatonergic drugs in clinical practice. 1st Edition, Springer Verlag, Heidelberg 2014
8. Jockers R, Cecon E: Melatonin. Methods and Protocols. 1st Edition, Springer Verlag, Heidelberg 2022