Acetylcholin

Was ist Acetylcholin?

Acetylcholin (kurz: ACh) ist ein wichtiger Neurotransmitter. Es handelt sich also um einen Botenstoff, der Signale zwischen den Nervenzellen übermitteln kann.

Eine zentrale Funktion von Acetylcholin ist deshalb die Steuerung wichtiger Körperfunktionen, wie dem Herzschlag, der Atmung oder dem Gedächtnis. Zudem überträgt der Botenstoff auch Signale von Nerven- auf Muskelzellen. 

Der Neurotransmitter Acetylcholin kommt dabei sowohl im zentralen als auch im peripheren Nervensystem vor. 

Acetylcholin Struktur

Acetylcholin (engl. acetylcholine) ist ein Amin mit der Summenformel C₇H₁₆NO₂. Es setzt sich zusammen aus Essigsäure und Cholin. 

Seine Strukturformel kannst du auf unserer Abbildung gut erkennen: 

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Acetylcholin Vorkommen

Der Neurotransmitter Acetylcholin kommt im

• peripheren Nervensystem (PNS)
• und im zentralen Nervensystem (ZNS) vor.

Das bedeutet, dass er Signale im Gehirn (ZNS), aber auch im Rest deines Körpers (PNS) vermittelt.

Im zentralen Nervensystem spielt der Neurotransmitter vor allem eine Rolle beim Lernen oder der Aufmerksamkeit. 

Im peripheren Nervensystem ist Acetylcholin der Botenstoff der motorischen Endplatte .  Das ist einen Kontaktstelle zwischen Nerven- und Muskelzellen . So sorgt das Molekül durch die Anspannung unserer Muskeln für Bewegungen.

Daneben wirkt Acetylcholin auch im vegetativen Nervensystem als Transmitter, genauer gesagt im Sympathikus und im Parasympathikus . Im parasympathischen Nervensystem wirkt es an allen Kontaktstellen der Neuronen. Im sympathischen Nervensystem kommt es hingegen nur in präganglionären Neuronen, also Neuronen vor einem Ganglion, vor.

Acetylcholin Wirkung

Neurotransmitter wirken als Botenstoffe an der Kontaktstelle zweier Nervenzellen, der sogenannten Synapse . Das funktioniert so: 

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1. Die Nervenzelle vor der Synapse (Präsynapse) speichert die Neurotransmitter zunächst in membranumhüllten Bläschen (Vesikeln ).
2. Das passiert solange, bis ein ankommendes elektrisches Signal (Aktionspotential ) dafür sorgt, dass die Botenstoffe in den synaptischen Spalt freigesetzt werden. Darunter verstehst du die Lücke zwischen den zwei Nervenzellen.
3. Daraufhin können die Transmitter an Acetylcholinrezeptoren in der postsynaptischen Membran binden.
4. Dort sorgen sie dafür, dass Ionen durch die Membran strömen können. Dadurch aktivieren oder hemmen sie die nachfolgende Nervenzelle.

Je nach Ort oder Rezeptor können dann die unterschiedlichen Wirkungen eintreten, wie beispielsweise die Muskelkontraktion, die Verdauung oder die Herzfrequenz. 

Acetylcholin Synthese und Abbau

Schauen wir uns jetzt an, wie der Neurotransmitter Acetylcholin hergestellt, gespeichert und wieder abgebaut wird. Alle Strukturen, die für die Herstellung und Freisetzung von Acetylcholin zuständig sind, bezeichnest du dabei als cholinerges System. 

Acetylcholinsynthese

Das Molekül Acetylcholin wird in den Endknöpfchen der Nervenzellen produziert. Dazu verknüpft das Enzym Cholinacetyltransferase die Bestandteile Acetyl-CoA und Cholin miteinander. Dabei entsteht ein Ester der Essigsäure und des Alkohols Cholin.

Dann können die Acetylcholine in Vesikeln gespeichert werden, bevor sie durch ein elektrisches Signal ausgeschüttet werden. 

Schon gewusst? Acetyl-CoA ist ein aktivierter Essigsäurerest, der auch in der Zellatmung eine große Bedeutung hat. 

Acetylcholinabbau

Nachdem Acetylcholin an die Rezeptoren in der postsynaptischen Membran gebunden hat, wird der Botenstoff im synaptischen Spalt wieder abgebaut. 

Daran ist das Enzym Acetylcholinesterase beteiligt. Es spaltet die Verbindung nämlich in Essigsäure (Acetat) und Cholin. Das Endknöpfchen kann Cholin durch spezielle Transporter wieder aufnehmen. So kann es das Molekül erneut benutzen, um daraus wieder Acetylcholin zu produzieren — sozusagen eine Art Recycling im Körper. 

Übrigens: Der Abbau von Acetylcholin lässt sich durch Acetylcholinesterase-Hemmer verlangsamen. Das wenden Ärzte zum Beispiel bei der Behandlung von Alzheimer an. 

Acetylcholinrezeptoren

In den cholinergen Synapsen gibt es zwei Typen von Membranrezeptoren, an die Acetylcholin binden kann. Sie unterscheiden sich in der Weiterleitung der elektrischen Erregungen: 

• muskarinerger Acetylcholinrezeptor: Dabei handelt es sich um einen G-Protein gekoppelten Rezeptor, einen sogenannten metabotropen Rezeptor. Nach der Bindung von Acetylcholin wird die Wirkung über weitere Signalmoleküle gesteuert. Hier wird eine sogenannte Signalkaskade eingeleitet. 
• nikotinerger Acetylcholinrezeptor: Darunter versteht du einen ligandengesteuerten Ionenkanal, einen ionotropen Rezeptor. Das bedeutet, dass die Bindung von Acetylcholin für die Öffnung des Kanals für positive Natrium- (Na⁺), Kalium- (K⁺) und Calciumionen (Ca²⁺) sorgt.

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Beispiel Acetylcholin Rezeptor: Wirkung am Herz

In deinem Herzen gibt es zahlreiche muskarinische Acetylcholinrezeptoren, die sogenannten M2-Rezeptoren. Bindet Acetylcholin daran, öffnet sich ein Kaliumkanal. Dabei strömen vermehrt Kaliumionen (K⁺) aus der Herzzelle, wodurch das Membranpotential dort niedriger wird. Das nennst du auch Hyperpolarisation. Sie führt hier dazu, dass die Herzfrequenz sinkt.

Die Aktivität von Acetylcholin sorgt hie also dafür, dass dein Herzschlag sich beruhigt. 

Synapsengifte

Es gibt aber auch natürliche Hemmer des Enzyms Acetylcholinesterase. Sie können das Enzym dauerhaft und irreversibel blockieren. Dazu gehören zum Beispiel das Insektizid E605 oder die Kampfstoffe Sarin und Tabun. 

Sie sorgen für einen Acetylcholin Überschuss. So kommt es zu einer Überaktivierung der Nervenzelle, die oft tödlich endet. Genauso gibt es Substanzen mit anticholinerger Wirkung. Sie haben den gegenteiligen Effekt und hemmen den Neurotransmitter. All solche Stoffe, die die Übertragung an Nervenzellen stören, nennst du Synapsengifte. 

Schau dir unbedingt unser Video zu den Synapsengiften an! Dann erfährst du, wie die Nervengifte von Spinnen und Fröschen schon in geringsten Mengen tödlich wirken können.