Quelltext der Seite Acetylcholin

{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel  = [[Datei:Acetylcholin2.svg|200px|Struktur von Acetylcholin]]
| Strukturhinweis = Gegenion (meist Chlorid) nicht mitgezeichnet
| Suchfunktion    = C7H16NO2
| Freiname        = Acetylcholin
| Andere Namen    = * (2-Acetoxyethyl)trimethylammonium
* (2-(Trimethylammonium)ethyl)acetat
| Summenformel    = C<sub>7</sub>H<sub>16</sub>NO<sub>2</sub>
| CAS             = * {{CASRN|51-84-3}}
* {{CASRN|60-31-1|Q27105659}} (Chlorid)
| EG-Nummer       =
| ECHA-ID         =
| PubChem         = 187
| ChemSpider      =
| ATC-Code        = {{ATC|S01|EB09}}
| DrugBank        = DB03128
| Wirkstoffgruppe = [[Neurotransmitter]]
| Beschreibung    = weißes, kristallines Pulver oder farblose Kristalle, sehr [[Hygroskopie|hygroskopisch]] (Chlorid)<ref name="Ph. Eur." />
| Molare Masse    = * 146,12 [[Gramm|g]]·[[mol]]<sup>−1</sup>
* 181,66 [[Gramm|g]]·[[mol]]<sup>−1</sup> (Chlorid)
| Aggregat        = fest
| Dichte          =
| Schmelzpunkt    = 149–152 [[Grad Celsius|°C]] (Chlorid)<ref name="Thermofisher">{{Thermofisher|ID=159170050 |Name=Acetylcholine chloride |Abruf=2023-10-13}}</ref>
| Siedepunkt      =
| Löslichkeit     = sehr leicht löslich in Wasser, leicht löslich in [[Ethanol]], schwer löslich in [[Dichlormethan]] (Chlorid)<ref name="Ph. Eur.">{{EDQM|Y0000002|Name=Acetylcholine Chloride CRS|Abruf=2009-01-24}}</ref>
| Quelle GHS-Kz   = <ref name="Sigma">{{Sigma-Aldrich|SIGMA|A6625|Name=Acetylcholine chloride|Abruf=2019-03-02}}</ref>
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme-klein|-}}
| GHS-Signalwort  = 
| H               = {{H-Sätze|-}}
| EUH             = {{EUH-Sätze|-}}
| P               = {{P-Sätze|-}}
| Quelle P        = <ref name="Sigma" />
| ToxDaten        = {{ToxDaten |Typ=LD50 |Organismus=Ratte |Applikationsart=oral |Wert=2500 mg·kg<sup>−1</sup> |Bezeichnung=Chlorid |Quelle=<ref name="Ph. Eur." /> }}
}}

'''Acetylcholin''' ('''ACh''') ist einer der wichtigsten [[Neurotransmitter]] in vielen Organismen, so auch im [[Mensch]]en. Die [[quartäre Ammoniumverbindung]] Acetylcholin ist ein [[Carbonsäureester|Ester]] der [[Essigsäure]] und des einwertigen [[Aminoalkohole|Aminoalkohols]] [[Cholin]].

== Geschichte ==
[[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 den [[Henry Hallett Dale|Henry H. Dale]] später als Acetylcholin identifizierte.

Erstmals synthetisch dargestellt wurde der Stoff 1867 von [[Adolf von Baeyer|Adolf Baeyer]], mit dessen Substanz der Amerikaner Reid Hunt (1870–1948) im Tierversuch Muskelkontraktionen auslösen konnte.<ref>[[Otto Westphal (Chemiker)|Otto Westphal]], [[Theodor Wieland]], Heinrich Huebschmann: ''Lebensregler. Von Hormonen, Vitaminen, Fermenten und anderen Wirkstoffen.'' Societäts-Verlag, Frankfurt am Main 1941 (= ''Frankfurter Bücher. Forschung und Leben.'' Band 1), S. 33 f. und 81 f.</ref>

== Vorkommen ==
Acetylcholin findet sich sowohl im [[Zentralnervensystem|zentralen]] als auch [[Peripheres Nervensystem|peripheren Nervensystem]].

Im [[Vegetatives Nervensystem|vegetativen Nervensystem]] ist es Transmitter aller präganglionären-autonomen Neuronen. Außerdem vermittelt es die Signalübertragung der postganglionären-[[Parasympathikus|parasympathischen]] Neuronen auf die Endorgane. Die postganglionären-[[Sympathikus|sympathischen]] Neuronen nutzen normalerweise [[Noradrenalin]], die Bahnen zu den Schweißdrüsen bilden dabei eine Ausnahme, indem sie ebenfalls ACh als Transmitter nutzen.

Im peripheren Nervensystem vermittelt ACh die Erregungsübertragung von den [[Nerv]]en auf die [[Muskulatur|Muskeln]] über die [[Motorische Endplatte|neuromuskuläre Endplatte]].

Im zentralen Nervensystem findet sich ACh im [[Striatum|Corpus striatum]], im [[Nucleus basalis|Nucleus basalis Meynert]] mit Bahnen zur [[Großhirnrinde]] und in der [[Formatio septalis medialis]] mit Bahnen zum [[Hippocampus]]. Acetylcholin gehört nach [[Gamma-Aminobuttersäure|γ-Aminobuttersäure]] (GABA) und [[Glycin]] zu den Neurotransmittern, die im [[Gehirn]] am häufigsten vorkommen.

== Funktion ==

=== Zelluläre Funktion ===
{{Hauptartikel|Acetylcholinrezeptoren}}

Acetylcholin wirkt an zwei Typen von cholinergen [[Rezeptor (Biochemie)|Rezeptor]]en, dem [[Nikotinischer Acetylcholinrezeptor|nicotinischen Acetylcholinrezeptor]] und dem [[Muskarinischer Acetylcholinrezeptor|muskarinischen Acetylcholinrezeptor]]. Ihren Namen haben sie jeweils aufgrund von Substanzen erhalten, welche sie spezifisch aktivieren, [[Nicotin]] beim nikotinischen und [[Muscarin]] beim muskarinischen Rezeptor. Von beiden gibt es verschiedene Subtypen.

Der nikotinische ACh-Rezeptor ist ein ligandengesteuerter Ionenkanal, welcher im geöffneten Zustand, das heißt nach ACh-Bindung, für Natrium-, Kalium und Calcium-Ionen durchlässig ist. Es gibt zwei Unterformen des Rezeptors, einen Muskeltyp, welcher selektiv durch [[Curare]] gehemmt werden kann und einen Neuronentyp, welcher selektiv durch [[Hexamethonium]] hemmbar ist.

Der muskarinische ACh-Rezeptor ist ein [[G-Protein-gekoppelte Rezeptoren|G-Protein-gekoppelter Rezeptor]] mit 5 Untertypen (M1-M5). M1, M3 und M5 sind G<sub>q</sub>-gekoppelt, M2 und M4 G<sub>i</sub>/G<sub>o</sub>-gekoppelt.

Es gibt auch Substanzen, die 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, die man bei der Alzheimer-Erkrankung anwendet. Manche verursachen eine vorübergehende Hemmung, andere blockieren das Enzym dauerhaft. Solche irreversibel wirkenden [[Hemmstoff]]e der Cholinesterase sind verschiedene [[Organische Phosphorsäureester|Organophosphorsäureester]], z.&nbsp;B. das bekannte [[Insektizid]] [[Parathion]] (E 605), ebenso aber auch die [[Chemische Waffe|chemischen Kampfstoffe]] [[Sarin]], [[Tabun]], [[Nowitschok]] und viele andere, die in geringsten Mengen eine tödliche Überstimulierung der cholinergen Synapsen bewirken. Zur Gruppe der reversiblen Cholinesterase-Hemmstoffe zählt der Stoff [[Neostigmin]].
Zahlreiche Substanzen blockieren auch die Wirkung von Acetylcholin an seinen Rezeptoren (vor allem an den Muskarinrezeptoren); man nennt dies dann eine [[anticholinerg]]e Wirkung. Bestimmte [[Alkaloide]] wirken anticholinerg, zum Beispiel [[Atropin]] bzw. [[Hyoscyamin]] oder [[Scopolamin]].

Cholinesterasehemmer wie Parathion oder Neostigmin werden auch als Gegengift für [[Curare]] genutzt. Curare blockiert die Andockstellen für Acetylcholin an den motorischen Endplatten und lähmt dadurch die Skelettmuskulatur, was zum Erstickungstod führt. Da die Wirkstoffe von Curare kompetitive Blocker sind, können sie von viel Acetylcholin verdrängt werden. Wenn nun die Acetylcholinesterase blockiert wird, verbleibt mehr Acetylcholin im synaptischen Spalt und die Übertragung funktioniert wieder. Da die Acetylcholin-Konzentration aber auch an den muskarinischen Rezeptoren ansteigt, ist oft eine Nachbehandlung mit Atropin nötig. Dieser Effekt wird auch in der [[Generalanästhesie]] genutzt: Vor der Operation wird die Muskulatur mit einem neuromuskulären Blocker (z.&nbsp;B. [[Rocuronium]]) gelähmt. Um dessen Wirkung anschließend wieder aufzuheben, wird ein reversibler Cholinesterasehemmer (z.&nbsp;B. Neostigmin) verabreicht. Zusätzlich wird ein Parasympatholytikum (z.&nbsp;B. Atropin) eingesetzt, um die muskarinischen Nebenwirkungen aufzuheben.

[[Physostigmin]] (Eserin) ist ebenfalls ein Cholinesterasehemmer und verhindert die Spaltung von Acetylcholin durch die Cholinesterase in Cholin und Acetat.

=== Funktion im zentralen Nervensystem ===
Im zentralen Nervensystem spielt ACh eine wichtige Rolle bei der Erhöhung der Aufmerksamkeit beim Aufwachen<ref>{{Literatur |Autor=Barbara E. Jones |Titel=From waking to sleeping: neuronal and chemical substrates |Sammelwerk=Trends in Pharmacological Sciences |Band=26 |Nummer=11 |Datum=2005-11 |DOI=10.1016/j.tips.2005.09.009 |PMID=16183137 |Seiten=578–586 }}</ref>, Aufrechterhaltung von Aufmerksamkeit<ref>{{Literatur |Autor=A. M. Himmelheber, M. Sarter, J. P. Bruno |Titel=Increases in cortical acetylcholine release during sustained attention performance in rats |Sammelwerk=Brain Research. Cognitive Brain Research |Band=9 |Nummer=3 |Datum=2000 |PMID=10808142 |Seiten=313–325 }}</ref>, Lernen und dem Bilden von Erinnerungen<ref>{{Literatur |Autor=R. M. Ridley, P. M. Bowes, H. F. Baker, T. J. Crow |Titel=An involvement of acetylcholine in object discrimination learning and memory in the marmoset |Sammelwerk=Neuropsychologia |Band=22 |Nummer=3 |Datum=1984 |PMID=6431311 |Seiten=253–263}}</ref>.

== Biosynthese und Metabolismus ==
[[Datei:Cholinergic synapse-de.svg|mini|416x416px|Signalübertragung und Metabolismus an einer cholinergen Synapse]]
Acetylcholin wird durch das [[Enzym]] [[Cholinacetyltransferase]] aus [[Acetyl-CoA]] und [[Cholin]] gebildet.

Das fertige ACh wird aus dem [[Cytosol]], über einen Protonen/Acetylcholin-[[Antiporter]] in der Vesikelmembran, in die [[Synaptisches Vesikel|neurosekretorischen Speichervesikel]] aufgenommen. In jedem Vesikel sind 5.000 bis 10.000 Acetylcholinmoleküle enthalten. Pro Synapse gibt es etwa eine 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 [[Essigsäure|Acetat]]) gespalten und unwirksam gemacht werden.

=== 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. Die Verfügbarkeit und Wiederaufnahme von Cholin stellt dabei den geschwindigkeitslimitierenden Schritt für die ACh-Synthese dar, weil es von der Nervenzelle nicht selbst gebildet werden kann.

[[Pyruvat]] ist das Endprodukt der [[Glykolyse]] im Cytosol jeder Zelle. Das Enzym [[Pyruvat-Dehydrogenase-Komplex|Pyruvat-Dehydrogenase]] katalysiert die Umsetzung von Pyruvat zu Acetyl-Coenzym A. Da Acetyl-CoA die innere [[Mitochondrium|Mitochondrienmembran]] nicht passieren kann, wird es in den [[Citratzyklus]] eingespeist und durch Reaktion mit [[Oxalessigsäure|Oxalacetat]] (Katalyse durch [[Citrat-Synthase]]) in [[Citrat]] umgewandelt. Das Citrat durchquert die Mitochondrienmembran und wird durch die [[ATP-Citrat-Lyase|Citrat-Lyase]] wieder in Acetyl-CoA und Oxalacetat gespalten. Acetyl-CoA steht somit für die Acetylcholinbildung zur Verfügung.

== Erkrankungen mit Beteiligung des cholinergen Systems ==
Bei der [[Alzheimersche Krankheit|Alzheimerschen Krankheit]] entsteht durch Absterben von hauptsächlich Acetylcholin produzierenden Nervenzellen ein Mangel an Acetylcholin.<ref>{{Literatur |Autor=P. T. Francis, A. M. Palmer, M. Snape, G. K. Wilcock |Titel=The cholinergic hypothesis of Alzheimer's disease: a review of progress |Sammelwerk=Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry |Band=66 |Nummer=2 |Datum=1999 |PMC=1736202 |PMID=10071091 |Seiten=137–147 }}</ref> Diesen Mangel versucht man medikamentös auszugleichen, indem man mit [[Acetylcholinesterase]]hemmern dieses Acetylcholin abbauende Enzym hemmt, um dadurch die Acetylcholin-Konzentration an den [[Synapse]]n zu erhöhen. Einen anderen Weg geht man über die Verabreichung von [[Präkursor-Protein]]en wie z.&nbsp;B. [[Deanol]] und [[Meclophenoxat]], um so den Aufmerksamkeitsgrad zu erhöhen.

Die vermehrte Ansammlung von Acetylcholin durch einen reduzierten Abbau der Substanz verursacht eine [[cholinerge Krise]].

Bei der Muskelschwäche [[Myasthenia gravis]], einer schweren Autoimmunkrankheit, werden Antikörper produziert, welche die Acetylcholinrezeptoren in Muskelzellen zerstören und damit die Muskeltätigkeit schwächen. Das kann so weit gehen, dass die Patienten die Augen nicht mehr offen halten können.<ref>Eric Kandel: Auf der Suche nach dem Gedächtnis, 2009 3. Auflage, Goldmann, München</ref>

== Acetylcholin in Tier- und Pflanzengiften ==
Der Anteil an Acetylcholin beträgt im [[Hornissengift|Gift der Hornisse]] (''Vespa crabro'') etwa sechs 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 [[Echte Wespen|Wespen]] oder bei [[Bienen]] ([[Bienengift]]), deren Gift jedoch kein Acetylcholin enthält. Auch im Gift der [[Brennnesseln]] sowie der [[Feuerfische]] und anderer [[Skorpionfische]] ist Acetylcholin für die schmerzhafte Wirkung verantwortlich.

== Verwendung ==
In der [[Augenheilkunde]] wird Acetylcholin zur Verengung und Reposition der präoperativ erweiterten [[Pupille]] nach Extraktion der Linse bei [[Katarakt (Medizin)|Kataraktoperationen]], [[Iridektomie]], perforierender Keratoplastik und anderen Eingriffen am vorderen Augenabschnitt verwendet, wenn hierfür eine sehr schnelle und komplette [[Miosis]] notwendig ist.

Acetylcholin darf laut [[RL 76/768/EWG: Kosmetikrichtlinie|EG-Kosmetikrichtlinie]]
nicht als Bestandteil in [[Kosmetik|kosmetischen Mitteln]] enthalten sein.

== Siehe auch ==
* [[Anticholinerges Syndrom]]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Gesundheitshinweis}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4141256-4|LCCN=sh/85/000467}}

[[Kategorie:Quartäre Ammoniumverbindung]]
[[Kategorie:Essigsäureester]]
[[Kategorie:Neurotransmitter]]
[[Kategorie:Arzneistoff]]