5.4: Neurony cholinergiczne: neurotransmisja

Neurotransmisja cholinergiczna polega na syntezie i uwalnianiu acetylocholiny (ACh) w celu przekazywania impulsów nerwowych przez synapsę. Proces rozpoczyna się od syntezy acetylo-CoA, prekursora ACh, z ATP, octanu i koenzymu A w mitochondriach. Cholina, inny ważny prekursor, jest transportowana do wnętrza neuronu za pomocą transportera choliny, w tym transportera choliny o wysokiej powinowactwie CHT1, transportera choliny o niskiej powinowactwie CTL1 i transportera choliny o niższej powinowactwie OCT2.

Po dostaniu się do wnętrza neuronu, cholina i acetylo-CoA ulegają reakcji katalizowanej przez enzym zwany cholinoacetylotransferazą (ChAT), tworząc ACh. Wytworzona ACh jest aktywnie transportowana i przechowywana w pęcherzykach synaptycznych przy pomocy transporterów związanych z pęcherzykami (VAT). Gdy impulsy elektryczne docierają do zakończeń aksonalnych, zachodzi napływ Ca²⁺ do wnętrza neuronu. Ca²⁺ wiąże się z synaptotagminą, miejscem wiążącym wapń związanym z białkami błony pęcherzyków związanych (VAMP). To wiązanie powoduje zlaniu błony pęcherzykowej z błoną zakończenia aksonalnego i ułatwia szybką egzocytozę zawartości pęcherzyków do szczeliny synaptycznej. W szczelinie synaptycznej ACh wiąże się i aktywuje receptory cholinergiczne, a mianowicie receptory muskarynowe i nikotynowe.

Działanie ACh jest krótkotrwałe, ponieważ szybko ulega hydrolizie przez enzym zwany acetylocholinoesterazą na octan i cholinę. Cholina jest ponownie przetwarzana i pobierana przez transportery choliny w neuronie, aby uległa kolejnej reakcji z acetylo-CoA. Inny enzym, butyrylocholinoesteraza lub pseudocholinoesteraza, obecny w osoczu, wątrobie, jelitach i innych tkankach, również powoli hydrolizuje ACh.

Neurony cholinergiczne syntetyzują acetylocholinę do neurotransmisji z choliny i acetylo-CoA.

Acetylo-CoA jest syntetyzowany w mitochondriach w reakcjach utleniania i dekarboksylacji, podczas gdy cholina jest transportowana w neuronach presynaptycznych za pośrednictwem transporterów choliny.

W neuronach enzym ChAT katalizuje acetylację choliny, aby uzyskać acetylocholinę. Następnie VAT transportuje acetylocholinę z cytoplazmy do pęcherzyków synaptycznych w celu przechowywania.

Po nadejściu impulsu elektrycznego Ca²⁺ dostaje się do neuronów przez kanały wapniowe bramkowane napięciem. To wyzwala egzocytozę acetylocholiny.

Uwolniona acetylocholina wiąże się z receptorami postsynaptycznymi, takimi jak receptory nikotynowe lub muskarynowe. To inicjuje odpowiedź postsynaptyczną.

Wreszcie enzym AChE hydrolizuje acetylocholinę do choliny i octanu.

Warto zauważyć, że niektóre organofosforany mogą nieodwracalnie blokować AChE i hamować rozkład acetylocholiny.