Acetilholin je neurotransmiter, tvar koju naše tijelo prenosi na više točaka u središnjem i perifernom živčanom sustavu. Neuroni koji luče acetilkolin nazivaju se kolinergici; analogni govor za njegove receptore, koji se razlikuju u nikotinskim i muskarinskim receptorima. Različita koncentracija i kemijska konformacija ovih receptora, i srodnih izoformi u tkivima, znači da različiti lijekovi koji ometaju djelovanje acetilkolina mogu proizvesti učinke koji su uglavnom ograničeni na jedan sektor, a ne na drugi. Unatoč ovoj strukturalnoj raznolikosti, acetilkolin se može vezati na oba receptora, budući da se dio molekule koji interagira s muskarinskim receptorima razlikuje od nikotinskih receptora. To je jedan od razloga zašto se acetilkolin ne koristi izravno u terapijske svrhe: budući da djeluje na sve holinergičke receptore tijela (i muskarinske i nikotinske), njegovo djelovanje je previše rašireno i nije vrlo specifično.
Acetilkolin je bio prvi neurotransmiter koji je otkriven zahvaljujući istraživanjima Otta Loewia okrunjenog 1924. S kemijske točke gledišta, acetilkolin nastaje ujedinjenjem molekule kolina s jednom od acetil-koenzima A (acetil). -CoA); prvi je mala molekula koncentrirana u fosfolipidnim membranama, dok Acetil-CoA predstavlja metabolički posrednik između glikolize i Krebsovog ciklusa. Sinteza acetilkolina iz ove dvije tvari odvija se duž aksonalnog terminala; odmah nakon što se sintetizira, pohranjuje se u vezikule, koje se vežu za presinaptičku membranu kada stigne živčani impuls, spajajući i oslobađajući svoj sadržaj egzocitozom. U tom trenutku acetilkolin oslobođen u sinaptičkom rascjepu može slobodno doprijeti do postsinaptičkih receptora i stupiti u interakciju s njima, depolarizirati stanicu i ustupiti mjesto stvaranju akcijskog potencijala u živčanom vlaknu ili mišićnim vlaknima koje je stimuliralo; odmah nakon ove interakcije, većina acetilkolina se odmah razgrađuje acetilkolinesterazom (ACHE). To je enzim smješten blizu kolinergičkih receptora, gdje djeluje razbijanjem veze između acetata i kolina; potonju tvar se lako reapsorbira u presinaptičkom terminalu i koristi se za sintezu novog acetilkolina (zahvaljujući enzimu holin-acetiltransferaze). Djelovanje ovog enzima je vrlo važno, jer omogućuje prekid prijenosa živčanog impulsa.
Acetilholin je odašiljač svih živaca koji kontroliraju dobrovoljnu muskulaturu (vidi neuromuskularni plak); međutim, iako na toj razini proizvodi ekscitatorski učinak, unutar parasimpatičkog sustava obavlja uglavnom inhibitorna djelovanja (većina simpatičkih neurona luči epinefrin, dok većina parasimpatičkih neurona izlučuje acetilkolin). Ova molekula uzrokuje usporavanje otkucaja srca, dok stimulira izlučivanje bronhijalnih, pljuvačnih, želučanih i gušteračnih žlijezda, povećavajući crijevnu peristaltiku i općenito sve probavne funkcije. Kao i na razini pokretnih ploča skeletnih mišića i postganglijskih završetaka parasimpatičkog živčanog sustava, acetilkolin se može naći na razini sinapsi između pre-ganglionskih vlakana i post-ganglionskih neurona simpatičkog i parasimpatičkog živčanog sustava, te adrenalne medule, kao iu nekim sinapama središnjeg živčanog sustava.
Djelovanja muskarina odgovaraju onima induciranim acetilkolinom koji se oslobađaju nakon Ganglionskih završetaka parasimpatičkih živaca, s dvije značajne iznimke:
Acetilholin uzrokuje generaliziranu vazodilataciju, premda većina žila nije inervirana parasimpatičnim sustavom.
Acetilholin uzrokuje izlučivanje znojnih žlijezda, koje su inervirane kolinergičkim vlaknima simpatičkog živčanog sustava.
Nikotinska djelovanja odgovaraju onima acetilkolina koji se oslobađaju na razini ganglionskih sinapsi simpatičkih i parasimpatičkih sustava, neuromuskularnog plaka dobrovoljnih mišića i živčanih završetaka splanhničnih živaca koji okružuju sekretorne stanice nadbubrežne medule.
Kao što se i očekivalo, učinci slični onima za acetilkolin mogu se proizvesti tvari koje mogu stimulirati kolinergične receptore (parasimpatomimetici) ili blokiraju djelovanje acetilkolinesteraze (antikolinesteraze). Paralelno s tim, učinci acetilkolina mogu biti blokirani supstancama koje se mogu vezati na kolinergične receptore, što ih čini nedostupnima da pokupe signal koji prenosi acetilkolin (antiholinergici). Pogledajmo neke primjere.
Kurare uzrokuje smrt mišićnom paralizom, blokirajući djelovanje acetilkolina na mišićne membrane (gdje se nalaze nikotinski receptori); Fizostigmin, s druge strane, produljuje djelovanje acetilkolina blokiranjem kolinesteraze, dok otrov crne udovice stimulira višak otpuštanja. Nervni plinovi također blokiraju taj enzim, uzrokujući da acetilkolin ostane vezan za svoje receptore; Smrtonosni učinak ovih plinova je koristan za istraživanje učinaka interakcije između acetilholina i njegovih muskarinskih receptora: kašalj, stezanje u prsima, bronhijalna hipersekrecija do plućnog edema, mučnina, povraćanje, proljev, povećana salivacija, mioza i teškoće u vidu, smanjenje srčane frekvencije do uhićenja i urinarna inkontinencija. S druge strane, zbog akumulacije acetilkolina u nikotinskim receptorima, javljaju se simptomi kao što su bljedilo kože, tahikardija, arterijska hipertenzija, hiperglikemija i promjene koje utječu na mišićno-koštani sustav, osobito astenija i lako iscrpljivanje mišića, tremor i grčevi. Za akumulaciju acetilkolina može se paralizirati skeletna muskulatura i može doći do smrti paralizom mišićne kontrakcije. Konačno, učinci na središnji živčani sustav uključuju toničko-klonične kontrakcije epileptiformnog tipa, sve do depresije respiratornih centara i do smrti. To se obično događa zbog asfiksije zbog paralize dijafragme i međukostnih mišića. Botox, otrovni toksin koji se koristi u infinitezimalnim koncentracijama u estetskoj medicini, također ima veze s acetilkolinom; zapravo, svojim djelovanjem sprječava njegovo oslobađanje iz vezikula. Na taj način Botox uzrokuje flacidnu paralizu mišića, postajući smrtonosan kada jako zahvaća respiratorne; u tom smislu suprotstavlja se djelovanju tetanusa, karakteriziranog spastičnom paralizom koja je neovisna o acetilkolinu. Pilokarpin, lijek koji se uglavnom koristi u oftalmologiji za sužavanje zjenice i poticanje suze očiju (korisno u liječenju glaukoma) je muskarinski agonist; zapravo se veže na muskarinske acetilkolinske receptore. U tom smislu, pilokarpin se suprotstavlja djelovanju atropina, koji je umjesto muskarinskog antagonista i kao takav inhibira aktivnost parasimpatičkih (parasimpatolitičkih). Atropin blokira muskarinske receptore, dok kurare blokira nikotinske receptore.
