Acetylcholin und seine Funktionen

Acetylcholin (lateinisch Acetylcholinum) ist ein wichtiger Neurotransmitter des Nervensystems. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von Nervenimpulsen in verschiedenen Bereichen des Gehirns sowie bei der Steuerung von Muskelbewegungen.

Cholinerger Synaps

Acetylcholin wird in großen Konzentrationen in Vesikeln des Axoplasmas der Nervenendigungen gespeichert. Es entsteht aus Cholin und aktivierter Essigsäure (Acetyl-CoA) unter Einwirkung des Enzyms Acetylcholintransferase. Cholin wird aktiv in das Axoplasma aufgenommen, wo sich ein spezielles Transportsystem an der Membran der cholinergen Axone und Nervenendigungen befindet. Der genaue Mechanismus der Freisetzung des Neurotransmitters ist noch nicht vollständig geklärt. Die Vesikel sind mit Hilfe des Proteins Synapsin im Zytoskelett verankert, sodass ihre Konzentration in der Nähe der präsynaptischen Membran hoch ist, jedoch kein direkter Kontakt zur Membran besteht. Bei Erregung steigt die Ca2+-Konzentration im Axoplasma an, Proteinkinasen werden aktiviert und Synapsin wird phosphoryliert, was zur Ablösung der Vesikel und ihrer Bindung an die präsynaptische Membran führt. Anschließend wird der Inhalt der Vesikel in den synaptischen Spalt entleert.

Acetylcholin

Acetylcholin ist ein wichtiger Mediator des Nervensystems. Es spielt eine Rolle bei der Weiterleitung von Impulsen in verschiedenen Hirnregionen und beeinflusst Funktionen wie Gedächtnis, Lernfähigkeit, Schmerzempfindung und die Kontrolle des Hirnstamms. In zu geringen Konzentrationen führt es zu einer Abschwächung der Muskelkontraktionen, in zu hohen Konzentrationen zu deren Hemmung.

Die Nervenendigungen, für die Acetylcholin der Überträgerstoff ist, werden als cholinerge Endigungen bezeichnet, und die Rezeptoren, die mit ihm in Wechselwirkung treten, als Cholino-Rezeptoren. Man unterscheidet muskarinempfindliche M-Cholino-Rezeptoren an postganglionären Nerven (Herz, glatte Muskulatur, Drüsen) und nicotinempfindliche N-Cholino-Rezeptoren an Ganglien und neuromuskulären Endplatten.

Speicherung und Freisetzung von Acetylcholin

Bei der mikroelektrischen Ableitung von Membranpotenzialen an der neuromuskulären Endplatte konnten Fatt und Katz spontane, kleine (0,1-3 mV) depolarisierende Potenziale nachweisen, die in unregelmäßigen Abständen von etwa einer Sekunde auftraten. Diese sogenannten miniaturartigen Endplattenspitzenpotenziale wurden durch den Acetylcholinesterase-Hemmer Neostigmin verstärkt und durch den Acetylcholin-Rezeptor-Antagonisten Tubocurarin blockiert, was auf eine Freisetzung von Acetylcholin hindeutete. Dies führte zu der Hypothese, dass Acetylcholin in Portionen – Quanten – aus den präsynaptischen Endigungen freigesetzt wird. Kurze Zeit später wurden die morphologischen Korrelate dieser Quanten, die synaptischen Vesikel, entdeckt. Bei Eintreffen eines Aktionspotenzials in das Motorneuronende werden 100 oder mehr solcher Acetylcholin-Vesikel ausgeschüttet. Die Mechanismen der Speicherung und Freisetzung von Acetylcholin, die am neuromuskulären Synaps untersucht wurden, gelten auch für andere cholinerge Synapsen mit schneller Übertragung.