Acetylcholin

Acetylcholin (ACh) ist einer der wichtigsten Neurotransmitter in vielen Organismen, so auch im Menschen. Die quartäre Ammoniumverbindung Acetylcholin ist ein Ester der Essigsäure und des Aminoalkohols Cholin. Otto Loewi wies 1921 an einem Froschherzen nach, dass für die Übertragung eines Nervenimpulses auf das Herz ein chemischer Stoff verantwortlich ist, den er zunächst als Vagusstoff bezeichnete und welchen Henry H. Dale später als Acetylcholin identifizierte.

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Biologische Funktion

Acetylcholin vermittelt zum Beispiel die Erregungsübertragung zwischen Nerv und Muskel an der neuromuskulären Endplatte. Weiterhin stellt es den Transmitter dar, der die Übertragung von der ersten auf die zweite der beiden hintereinandergeschalteten Nervenzellen im vegetativen Nervensystem, also sowohl im Sympathicus als auch im Parasympathicus, vermittelt. Im parasympathischen Teil des vegetativen Nervensystems ist es zudem der Transmitter der zweiten Nervenzelle am Endorgan. Daneben stellt ACh einen wichtigen Transmitter im zentralen Nervensystem dar. Viele kognitive Prozesse sind an Acetylcholin als Botenstoff gebunden. So besteht beispielsweise bei der Alzheimerschen Krankheit durch Absterben vor allem Acetylcholin produzierender Nervenzellen ein Mangel an Acetylcholin. Diesen Mangel versucht man medikamentös auszugleichen, indem man mit Acetylcholinesterasehemmern dieses Acetylcholin abbauende Enzym hemmt, um dadurch die Acetylcholin-Konzentration an den Synapsen zu erhöhen. Einen anderen Weg geht man über die Verabreichung von Prekursoren wie z. B. Deanol und Meclophenoxat, um so den Aufmerksamkeitsgrad zu erhöhen. Acetylcholin gehört nach γ-Aminobuttersäure (GABA) und Glycin zu den Neurotransmittern, die im Gehirn am häufigsten vorkommen.

Es scheint erwiesen, dass es bei Lernvorgängen eine maßgebliche Rolle einnimmt. Vage hingegen sind bis jetzt die Vorstellungen, dass es auch einen Einfluss auf den Antrieb ausübt, denn umfassende diesbezügliche empirische Studien stehen noch aus.

Acetylcholin wirkt an verschiedenen Rezeptoren. Manche dieser Rezeptoren werden auch durch Nikotin stimuliert. Man nennt sie darum Nikotinische Acetylcholinrezeptoren. Die Nikotinwirkung wird durch sie vermittelt. Andere Acetylcholin-Rezeptoren werden durch das Pilzgift Muskarin stimuliert. Diese nennt man darum Muskarinische Acetylcholinrezeptoren. Von beiden gibt es verschiedenen Subtypen. Es gibt auch Substanzen, welche indirekt die Wirkung von ACh an seinen Rezeptoren steigern können (indirekt cholinerg wirkende Substanzen). Dazu gehören die verschiedenen Hemmstoffe der Cholinesterase (eigentlich Acetylcholinesterase-Hemmstoffe). Dies sind ganz unterschiedlich hemmende Stoffe. In die große Gruppe dieser Stoffe gehören die oben erwähnten Medikamente, welche man bei der Alzheimer-Erkrankung anwendet. Manche verursachen eine vorübergehende Hemmung, andere blockieren das Enzym dauerhaft. Solche irreversibel wirkenden Hemmstoffe der Cholinesterase sind verschiedene Organophosphorsäureester, z. B. das bekannte Insektizid Parathion (E 605), ebenso aber auch die chemischen Kampfstoffe Sarin, Tabun und viele andere, welche in geringsten Mengen eine tödliche Überstimulierung der cholinergen Synapsen bewirken. Zahlreiche Substanzen blockieren auch die Wirkung von Acetylcholin an seinen Rezeptoren (vor allem an den Muscarinrezeptoren); man nennt dies dann eine anticholinerge Wirkung. Bestimmte Alkaloide wirken anticholinerg, zum Beispiel Atropin bzw. Hyoscyamin oder Scopolamin.

Parathion wird auch als Gegengift für Curare genutzt. Curare blockiert die Andockstellen für Acetylcholin und legt damit das Nervensystem lahm, was zum Erstickungstod führt. Da die Wirkstoffe von Curare kompetitive Blocker sind, können sie von viel Acetylcholin verdrängt werden. Wenn das Parathion nun die Acetylcholinesterase blockiert, bleibt mehr Acetylcholin und die Übertragung funktioniert wieder. Da aber Parathion auch ein Gift ist, ist oft eine Nachbehandlung mit Atropin nötig.

Biosynthese und Metabolismus

Acetylcholin wird durch das Enzym Cholinacetyltransferase aus Acetyl-CoA und Cholin zusammengesetzt. Es wird aus dem Cytosol über einen, in die Vesikelmembran integrierten, Protonen/Acetylcholin-Antiporter in neurosekretorische Speichervesikel aufgenommen. In jedem Vesikel sind 5.000 bis 10.000 Acetylcholinmoleküle enthalten, was einem Quanten-Paket entspricht. Pro Synapse gibt es 1 Million Speichervesikel.

Durch das Enzym Acetylcholinesterase kann es nach Freisetzung in den synaptischen Spalt und Bindung an den Acetylcholinrezeptor wieder in Cholin und Essigsäure (beziehungsweise Acetat) gespalten und unwirksam gemacht werden.

Cholin stellt bei der Acetylcholin-Synthese den Rate-Limiting Faktor (geschwindigkeitsbestimmender Faktor der Synthese) dar und kann über die Nahrung (z.B. Eigelb, viele Gemüsesorten) aufgenommen werden. Da die nötigen Enzyme in den Zellen immer ausreichend vorhanden sind, kann man viele auf ACh-Mangel beruhende Krankheiten (Senilität) einfach durch Ernährungsumstellung lindern.

Bereitstellung der Ausgangsmoleküle für die Acetylcholinbildung:

Cholin kann aus dem synaptischen Spalt über einen Natrium-Cholin-Symporter wieder in die Synapse aufgenommen werden und ist ein Abbauprodukt des zuletzt ausgeschütteten Acetylcholins.

Pyruvat ist das Endprodukt der Glykolyse in den Mitochondrien. Das Enzym Pyruvat-Dehydrogenase katalysiert die Umsetzung von Pyruvat zu Acetyl-Coenzym A. Da Acetyl-CoA die innere Mitochondrienmembran nicht passieren kann, wird es in den Citrat-Zyklus eingespeist und durch Reaktion mit Oxalacetat (Katalyse durch Citrat-Synthase) in Citrat umgewandelt. Das Citrat durchquert die Mitochondrienmembran und wird durch die Citrat-Lyase wieder in Acetyl-CoA und Oxalacetat gespalten. Acetyl-CoA steht somit für die Acetylcholinbildung zur Verfügung.

Acetylcholin und Hornissenstiche

Der Anteil an Acetylcholin beträgt im Gift der Hornisse (Vespa crabro) etwa fünf Prozent des Trockengewichts und liegt damit in der höchsten Konzentration vor, die bisher bei einem Lebewesen gefunden wurde. Der Stich der Hornisse wird aufgrund dieser hohen Konzentration als besonders schmerzhaft empfunden. Dabei ist der Stich nicht giftiger als bei anderen Wespen oder Bienen.

Siehe auch

• Anticholinerg‎