Acetycholin (ACh) byl první látkou rozpoznanou jako neuromediátor. Je vytvářen v nervových zakončeních reakcí cholinu a acetylkoenzymu A (acetyl-CoA) katalyzovanou cholinacetyltransferázou. ACh je specifickým přenašečem ukládán do synaptických váčků, které jsou při pozorování v elektronovém mikroskopu kulovité, průhledné a homogenní (agranulární váčky; typ I Grayových synapsí). Část ACh zůstává volná v cytoplazmě. Po uvolnění do synaptické štěrbiny je nenavázaný ACh velmi rychle hydrolyzován acetylcholinesterázou na acetát a cholin (rychlostí 104 až 105 molekul za sekundu). Většina cholinu je poté přenesena vysokoafinitním přenosovým systémem závislým na Na+ zpět do presynaptického zakončení a použita při syntéze acetylcholinu.
Cholinacetyltransferáza se v nervovém systému nachází specificky v místech syntézy ACh; v cholinergních neuronech je koncentrována v nervových zakončeních a váže se také na vnější povrch synaptických váčků. Její aktivita zřejmě není limitujícím prvkem v syntéze ACh. Je možné, že rychlost syntézy ACh je určena acetyl-CoA (jeho prekurzorem v mozku je pyruvát, produkt glykolýzy), popřípadě jeho přenosem z vnitřní membrány mitochondrií do cytoplazmy. Prokázaným faktorem limitujícím rychlost biosyntézy ACh je vtok (uptake, influx) cholinu do buněk. Je známo, že při neuronální aktivitě může docházet ke zvýšení tohoto vtoku. Protože disociační konstanta mozkové cholinacetyltransferázy (10-3 M) je mnohem větší než koncentrace volného cholinu (10-5 M), znamená zvýšení vtoku cholinu také zvýšení syntézy ACh. Nervová tkáň není schopna syntetizovat cholin a cholin v plazmě neprochází hematoencefalickou bariérou. V CNS vzniká volný cholin jednak v synaptických štěrbinách hydrolýzou uvolněného ACh, jednak v presynaptických i mimosynaptických oblastech neuronů i glií štěpením látek obsahujících cholin (fosfatidylcholinu, lysofosfatidylcholinu, glycerol 3-fosforylcholinu).
Pozn.: V necholinergních synapsích může ACh působit jako neuromodulátor (např. inhibicí Na+/K+ pumpy).
Syntéza a štěpení acetylcholinu
Chemická struktura acetylcholinu
