La función más importante de la glándula pineal es la producción de melatonina. La melatonina se sintetiza a partir de moléculas del neurotransmisor serotonina. Una vez producido, es secretado por la glándula pineal. Tiene efectos importantes sobre el ritmo circadiano, incluidos impactos sobre el sueño y posibles efectos sobre la reproducción estacional en animales.

Dentro de la glándula pineal, la serotonina (que se deriva del aminoácido llamado triptófano) sufre una transformación, cuando se agrega un grupo acetilo y luego un grupo metilo para producir melatonina. Esto se logra con dos enzimas: serotonina-N-acetiltransferasa e hidroxiindol-O-metiltransferasa. La producción de melatonina se ve afectada por la exposición a la luz.

¿Cómo afecta la luz a la producción de melatonina dentro de la glándula pineal? Para responder a esta pregunta, es importante entender cómo la luz afecta generalmente los ritmos circadianos del cuerpo.

Del latín que significa "alrededor de un día", la palabra "circadiano" se refiere a numerosos procesos fisiológicos que se acoplan al momento de la luz y la oscuridad. Aunque incluye el sueño y la vigilia, este ritmo circadiano probablemente se extienda a la liberación de hormonas, el uso de energía para optimizar el metabolismo y la coordinación de los sistemas interconectados del cuerpo.

La luz que pasa a través de la retina del ojo activa receptores específicos llamados células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC). Estas células contienen el fotopigmento llamado melanopsina. Desde aquí, la señal se transmite desde los ojos hasta la glándula pineal.

Primero, el mensaje se transmite a lo largo del tracto retinohipotalámico que se extiende desde las células de la retina hasta el SCN en el hipotálamo anterior del cerebro. El núcleo paraventricular del hipotálamo luego envía la señal a las neuronas simpáticas preganglionares en la médula espinal, al ganglio cervical superior y finalmente a la glándula pineal.

La glándula pineal puede alterar su producción de melatonina, según la cantidad de luz que perciben los ojos. Esto ha llevado a que a la glándula pineal se le llame el “tercer ojo” del cuerpo, debido a su capacidad de responder a la percepción de la luz.

Cuando se produce melatonina, no se libera en el vacío para que haga lo que le plazca. Como es cierto para muchos procesos dentro del cuerpo, hay un equilibrio que se conserva. Este equilibrio se llama homeostasis. Cuando la glándula pineal secreta melatonina, esta se retroalimenta a través de la acción sobre los receptores de melatonina MT1 y MT2 en el SCN. Esta interacción afecta el control del sistema circadiano dentro del cuerpo, con implicaciones más amplias para posibles enfermedades.

Hay algunos otros efectos curiosos de la melatonina que no se entienden completamente en los humanos. Se sabe que en modelos animales la melatonina puede disminuir la secreción de la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) del hipotálamo. Esto puede tener un efecto inhibitorio sobre las funciones reproductivas. En los mamíferos, esto puede retrasar la maduración de los espermatozoides y los óvulos y reducir la función de los órganos reproductores.

Se teoriza que puede afectar las funciones reproductivas estacionales de algunos animales. Cuando las noches son más largas en los meses de invierno y el acceso a los alimentos puede verse reducido, el aumento de la oscuridad puede conducir a niveles más altos de melatonina y una reducción de la fertilidad. Esto puede hacer que sea menos probable que algunas especies animales tengan crías que no sobrevivan a las épocas de escasez del invierno. Se desconoce el significado de esto, especialmente entre los humanos.

Sin embargo, se recomienda cierta precaución en el uso de suplementos de melatonina (que es la única hormona no regulada disponible para comprar sin receta en los Estados Unidos) en mujeres embarazadas y niños. La liberación de melatonina por la glándula pineal puede desempeñar un papel en el momento de la maduración sexual humana. Los niveles de melatonina disminuyen levemente en la pubertad, y los tumores pineales que eliminan la producción de melatonina causarán pubertad prematura en los niños pequeños.

Finalmente, la melatonina producida por la glándula pineal es un antioxidante muy efectivo. Puede proteger las neuronas dentro del sistema nervioso central de los radicales libres, como el óxido nítrico o el peróxido de hidrógeno. Estos productos químicos se generan en los tejidos neurales activos. Los radicales libres pueden aumentar el riesgo de daño y disfunción de los tejidos, incluido el riesgo de problemas médicos como el cáncer y las enfermedades neurodegenerativas.

También se sabe que la producción de melatonina disminuye con el envejecimiento natural, y todavía se está investigando cómo esto exacerba la enfermedad.