Asetyylikoliini on neurotransmitteri, aine, jonka kehomme tuottaa hermoimpulssien siirtämiseksi moniin pisteisiin keskus- ja perifeerisessä hermostossa. Neutoneja, jotka erittävät asetyylikoliinia, kutsutaan kolinergeiksi; analoginen puhe sen reseptoreille, jotka erottuvat nikotiini- ja muskariinireseptoreista. Näiden reseptorien ja siihen liittyvien kudosten isomuotojen erilainen konsentraatio ja kemiallinen konformaatio tarkoittaa, että eri lääkkeet, jotka häiritsevät asetyylikoliinin vaikutusta, voivat tuottaa vaikutuksia, jotka rajoittuvat yleisesti yhteen sektoriin kuin toiseen. Tästä rakenteellisesta monimuotoisuudesta huolimatta asetyylikoliini kykenee sitoutumaan molempiin reseptoreihin, koska molekyylin osa, joka on vuorovaikutuksessa muskariinireseptorien kanssa, eroaa nikotiinireseptoreista. Tämä on yksi syy siihen, miksi asetyylikoliinia ei käytetä suoraan terapeuttisiin tarkoituksiin: koska se vaikuttaa kaikkiin kehon kolinergisiin reseptoreihin (sekä muskariinisiin että nikotiinisiin), sen toiminta on liian laajaa eikä kovin spesifistä.
Asetyylikoliini oli ensimmäinen neurotransmitteri, joka löydettiin Otto Loewin tutkimusten ansiosta, joka kruunattiin vuonna 1924. Kemiallisesti näkökulmasta asetyylikoliini muodostuu liittämällä koliinimolekyyli yhteen asetyyli-koentsyymi A: n kanssa (asetyyli -CoA); ensimmäinen on pieni molekyyli, joka on keskittynyt fosfolipidikalvoihin, kun taas asetyyli-CoA edustaa metabolista välituotetta glykolyysin ja Krebs-syklin välillä. Asetyylikoliinin synteesi näistä kahdesta aineesta tapahtuu aksoniterminaalia pitkin; heti syntetisoinnin jälkeen se tallennetaan sitten vesikkeleihin, jotka sitoutuvat presynaptiseen kalvoon, kun hermostopulssi saapuu, sulautuu ja vapauttaa sen sisällön eksosytoosilla. Tässä vaiheessa synaptisessa lohkossa vapautunut asetyylikoliini voi vapaasti saavuttaa postsynaptiset reseptorit ja olla vuorovaikutuksessa niiden kanssa, depolarisoimalla solu ja antamalla keinon stimuloivan hermokuidun tai lihaskuidun toimintapotentiaalin muodostumiselle; välittömästi tämän vuorovaikutuksen jälkeen asetyylikoliiniesteraasi (ACHE) hajoaa välittömästi suurimman osan asetyylikoliinista. Se on entsyymi, joka on sijoitettu kolinergisten reseptorien läheisyyteen, jossa se rikkoo asetaatin ja koliinin välisen sidoksen; jälkimmäinen aine imeytyy presynaptisella päätelaitteella helposti ja sitä käytetään uuden asetyylikoliinin synteesiin (koliini-asetyylitransferaasin entsyymin ansiosta). Tämän entsyymin toiminta on hyvin tärkeää, koska se sallii hermostopulssin siirron keskeytymisen.
Asetyylikoliini on kaikkien hermojen lähetin, jotka kontrolloivat vapaaehtoista lihaksia (ks. Neuromuskulaarinen plakki); kuitenkin, vaikka tällä tasolla se tuottaa eksitatiivista vaikutusta, se suorittaa parasympaattisen järjestelmän sisällä pääasiassa inhiboivia vaikutuksia (useimmat sympaattiset neuronit erittävät epinefriiniä, kun taas suurin osa parasympaattisista neuroneista erittää asetyylikoliinin). Tämä molekyyli aiheuttaa sykkeen hidastumisen, kun taas se stimuloi keuhkoputkien, syljen, mahalaukun ja haiman rauhasen erittymistä, lisää suoliston peristaltiikkaa ja yleensä kaikkia ruoansulatuskanavan toimintoja. Luurankolihasten motiivilevyjen ja parasympaattisen hermoston postganglionisten päätteiden lisäksi asetyylikoliinia voidaan löytää synapsien välillä sympaattisen ja parasympaattisen hermoston ennalta ganglionisten kuitujen ja postganglionisten neuronien välillä, ja samoin kuin joidenkin keskushermoston synapsien yhteydessä.
Muskariiniset vaikutukset vastaavat sellaisia asetyylikoliinin indusoimia, jotka ovat vapauttaneet Ganglionin jälkeisistä parasympaattisista hermopäätteistä, kahdella merkittävällä poikkeuksella:
Asetyylikoliini aiheuttaa yleistynyttä vasodilataatiota, vaikka parasympaattinen järjestelmä ei innervoi useimpia astioita.
Asetyylikoliini aiheuttaa hikirauhasen erittymistä, joita sympaattisen hermoston kolinergiset kuidut innervoivat.
Nikotiiniset vaikutukset vastaavat sellaisten asetyylikoliinin vaikutuksia, jotka vapautuvat sympaattisten ja parasympaattisten järjestelmien ganglionisten synapsien tasolla, vapaaehtoisten lihasten neuromuskulaarisen plakin ja adrenalisten siementä erittävien solujen ympärillä olevien splanchnic-hermojen hermopäätteiden tasolla.
Kuten odotettiin, samankaltaisia vaikutuksia kuin asetyylikoliinilla voidaan valmistaa aineilla, jotka kykenevät stimuloimaan kolinergisiä reseptoreita (parasympatomimeetit) tai estämään asetyylikoliiniesteraasin (antikolinesteraasin) vaikutus. Samanaikaisesti asetyylikoliinin vaikutukset voidaan estää aineilla, jotka kykenevät sitoutumaan kolinergisiin reseptoreihin, jolloin ne eivät ole mahdollisia ottamaan vastaan asetyylikoliinin lähettämää signaalia (antikolinergiset aineet). Katsotaanpa joitakin esimerkkejä.
Curare aiheuttaa kuoleman lihasten halvaantumisen takia, mikä estää asetyylikoliinin vaikutuksen lihasten kalvoihin (joissa löytyy nikotiinireseptoreita); toisaalta fysostigmiini pidentää asetyylikoliinin vaikutusta estämällä koliinesteraasi, kun taas mustan lesken myrkky stimuloi ylimääräistä vapautumista. Myös hermokaasut estävät tämän entsyymin, jolloin asetyylikoliini pysyy ankkuroituna sen reseptoreihin; näiden kaasujen tappava vaikutus on hyödyllinen tutkittaessa asetyylikoliinin ja sen muskariinireseptorien välisen vuorovaikutuksen vaikutuksia: yskää, rintakipua, keuhkoputken turvotusta keuhkopöhön, pahoinvointia, oksentelua, ripulia, lisääntynyttä syljeneritystä, mioosia ja näkökyvyn heikkeneminen, sydämen lyöntitiheyden alentaminen jopa pidätykseen ja virtsankarkailuun. Toisaalta, koska asetyylikoliini kerääntyy nikotiinireseptoreihin, oireita esiintyy esimerkiksi: ihon pallor, takykardia, valtimon hypertensio, hyperglykemia ja muutokset, jotka vaikuttavat tuki- ja liikuntaelimistöön, erityisesti asteenia ja helppo lihaskipu, vapina ja kouristukset. Asetyylikoliinin kerääntymistä varten luustolihakset voidaan halvaantua ja kuolema lihaskontaktion halvaantumisella voi tapahtua. Lopuksi, vaikutukset keskushermostojärjestelmään sisältävät epileptiformityyppisten tonic-kloonisten supistusten, hengityskeskusten masennuksen ja kuoleman. Tämä johtuu yleensä kalvon ja välikalvon lihasten halvaantumisesta johtuvasta tukehtumisesta. Botox, myrkyllinen toksiini, jota käytetään loputtomiin pitoisuuksiin esteettisessä lääketieteessä, liittyy myös asetyylikoliiniin; itse asiassa se estää sen vapautumisen vesikkelistä. Tällä tavalla Botox aiheuttaa lihasten hiljaisen halvaantumisen, jolloin se muuttuu tappavaksi, kun siihen liittyy voimakkaasti hengityselimiä. tässä mielessä se vastustaa tetanuksen toimintaa, jolle on tunnusomaista spastinen halvaus, joka on kuitenkin riippumaton asetyylikoliinista. Pilokarpiini, lääke, jota käytetään pääasiassa oftalmologiassa oppilaan kaventamiseksi ja silmän lakkaamisen stimuloimiseksi (hyödyllinen glaukooman hoidossa), on muskariini-agonisti; itse asiassa se sitoutuu muskariinisiin asetyylikoliinireseptoreihin. Tässä mielessä pilokarpiini torjuu atropiinin, joka on sen sijaan muskariininen antagonisti, vaikutusta ja siten inhiboi parasympaattisen (parasympatolyyttisen) aktiivisuutta. Atropiini estää muskariinireseptoreita, kun taas curare estää nikotiinireseptoreita.
