Die Entdeckung, dass Mitochondrien als die Kraftwerke von Zellen auch das auf Mitochondrien ausgerichtete Antioxidans Melatonin synthetisieren, war für die Wissenschaft eine Überraschung. Das an der Melatoninsynthese beteiligte Enzym Serotonin-N-Acetyltransferase (SNAT) wurde in der Matrix sowie im Intermembranraum von Mitochondrien gefunden.

Wir vermuten, dass die Melatoninsynthese in der Matrix aufgrund der Verfügbarkeit von Substrat (N-Acetyl-Coenzym A) stattfindet, während der Intermembranraum als Recycling-Pool von SNAT zur Regulierung des zirkadianen Melatoninrhythmus dienen könnte. Eine weitere Überraschung war, dass die Melatonin-Membranrezeptoren, u.a. MT1 und MT2, ebenfalls in Mitochondrien vorkamen. Die protektiven Effekte von Melatonin gegen neuronale Schädigungen, die durch Hirnischämie/Reperfusion induziert werden, werden im Gegensatz zum klassischen Prinzip nachweislich hauptsächlich durch mitochondriale Melatoninrezeptoren vermittelt und nicht durch Membranrezeptoren auf der Zelloberfläche. Darüber hinaus wurde auch das Melatoninstoffwechsel-Enzym in Mitochondrien identifiziert. Dieses Enzym kann Melatonin zu N-Acetylserotonin umwandeln und so die tumorhemmenden Effekte von Melatonin verstärken.

Mitochondrien sind also Produktionsort, Schlachtfeld und Ort der Verstoffwechslung von Melatonin. Die biologische Bedeutung der engen Beziehung zwischen Mitochondrien und Melatonin sollte intensiv untersucht werden.