La struttura dell'acetilcolina è relativamente semplice. Questa sostanza è presente e per la gran parte racchiusa in piccole vescicole sinaptiche chiare in elevata concentrazione nei bottoni terminali dei neuroni colinergici, cioè neuroni che liberano l'acetilcolina. Per capire il meccanismo di trasmissione, con l'arrivo di un impulso ad un bottone sinaptico aumenta la permeabilità della membrana al Ca++, e l'afflusso di Ca++ che ne risulta provoca la liberazione di acetilcolina nella fessura sinaptica mediante il processo dell'esocitosi. Ricordiamo brevemente che l'esocitosi è il processo attraverso il quale la cellula riversa al suo esterno delle molecole accumulate all'interno di una vescicola tramite la fusione di quest'ultima con la membrana plasmatica. Continuiamo dicendo che il trasmettitore attraversa la fessura e a livello di quelle giunzioni sinaptiche nelle quali l'acetilcolina ha azione eccitatoria, agisce sui recettori presenti nella membrana della cellula postsinaptica, aumentando la permeabilità della membrana stessa al Na+.
I recettori per l'acetilcolina
I recettori per l'acetilcolina possono essere divisi in due tipi differenti in base alle loro proprietà farmacologiche: azioni muscariniche ed azioni nicotiniche. Esaminiamole.
La muscarina, alcaloide responsabile della tossicità dei funghi velenosi ad ombrello (Amanita Muscaria) ha scarsi effetti sui recettori presenti nei gangli autonomici, ma ha la stessa azione stimolante dell'acetilcolina sulla muscolatura liscia e sulle ghiandole; queste azioni dell'acetilcolina vengono quindi definite "Azioni Muscariniche" ed i recettori coinvolti 'recettori muscarinici'. Questi recettori sono anche quelli che mediano gli effetti inibenti della sostanza sul cuore; essi vengono bloccati dall'atropina. La tossicità della muscarina è dovuta alla sua azione sulla branca parasimpatica del sistema nervoso autonomo. Se ingerita o fumata provoca dispnea da broncocostrizione, ipotermia, stato confusionale, convulsioni, coma e morte.
Nei gangli simpatici, piccole quantità di acetilcolina stimolano i neuroni postgangliari mentre grandi quantità bloccano la trasmissione dell'eccitamento dai neuroni pre- ai neuroni postgangliari. Queste azioni non sono influenzate dall'atropina ma sono simili a quelle della nicotina. Di conseguenza queste azioni dell'acetilcolina vengono definite "Azioni Nicotiniche" e dei rispettivi 'recettori nicotinici'. I recettori presenti nelle placche motrici del muscolo scheletrico sono nicotinici ma non sono identici a quelli dei gangli simpatici in quanto rispondono in maniera differente ad alcuni altri farmaci.
Colinesterasi
L'acetilcolina deve essere rapidamente rimossa dalla sinapsi affinchè possa verificarsi la ripolarizzazione. La rimozione avviene mediante l'idrolisi dell'acetilcolina a colina ed acetato, una reazione catalizzata dall'enzima acetilcolinesterasi. Questo enzima è definito anche colinesterasi specifica o vera. E' presente in elevate concentrazioni nelle membrane cellulari a livello delle terminazioni nervose colinergiche, ma si riscontra anche in alcune altre membrane, nei globuli rossi e nella placenta. Nell'organismo esistono diverse esterasi. Una, presente nel plasma, è in grado di idrolizzare l'acetilcolina, ma possiede proprietà differenti da quelle dell'acetilcolinesterasi, viene pertanto definita pseudocolinesterasi o colinesterasi non specifica. La frazione plasmatica è parzialmente sotto controllo endocrino ed è influenzata da variazioni della funzione epatica. L'idrolisi dell'acetilcolina da parte di questo enzima è sufficientemente rapida da spiegare le variazioni osservate nella conduttanza per il Na+ e nell'attività elettrica durante la trasmissione sinaptica.
Assenza o mutazione della pseudocolinesterasi porta alla cosiddetta deficienza pseudocolinesterasica, una condizione che manifesta effetti solo quando nelle persone affette sono somministrate a livello muscolare, di solito durante interventi chirurgici, rilassanti come la succinilcolina o il mivacurium. La mancata azione dell'enzima rende il paziente più sensibile ai rilassanti tanto da portare a paralisi prolungata dei muscoli dell'apparato respiratorio, rendendo necessaria la ventilazione artificiale.
La pseudocolinesterasi è contenuta nel sangue, nel fegato, nel pancreas ed in alcune cellule del sistema nervoso.
Un aumento della pseudocolinesterasi può essere dovuto a diverse situazioni quali: ipertiroidismo, diabete mellito, obesità, sindrome nefrosica.
Una diminuzione della pseudocolinesterasi può essere dovuta a diverse situazioni quali: epatopatie, infarto miocardico, infezioni acute, anemia, tossicosi. L'assunzione di sostanza quali: caffeina, teofillina, chinidina, barbiturici, morfina, codeina, atropina, epinefrina, fenotiazine, acido folico e vitamina K possono diminuire i livelli della colinesterasi nel sangue.