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No confundir con cloruro de acetilo .
Acetilcolina
Acetilcolina.svg
Datos clinicos
Otros nombresACh
Datos fisiológicos
Tejidos de origenneuronas motoras , sistema nervioso parasimpático , cerebro
Tejidos dianamúsculos esqueléticos , cerebro, muchos otros órganos
Receptoresnicotínico , muscarínico
Agonistasnicotina , muscarina , inhibidores de colinesterasa
Antagonistastubocurarina , atropina
Precursorcolina , acetil-CoA
Biosíntesiscolina acetiltransferasa
Metabolismoacetilcolinesterasa
Identificadores
  • 2-acetoxi- N , N , N -trimethylethanaminium
Número CAS
PubChem CID
IUPHAR / BPS
DrugBank
ChemSpider
UNII
  • N9YNS0M02X
KEGG
  • C01996
CHEBI
  • CHEBI: 15355
CHEMBL
  • ChEMBL667
Número eE1001 (i) (productos químicos adicionales)
Tablero CompTox ( EPA )
  • DTXSID8075334
Tarjeta de información ECHA100.000.118
Datos químicos y físicos
FórmulaC 7 H 16 N O 2
Masa molar146,210  g · mol −1

La acetilcolina ( ACh ) es una sustancia química orgánica que funciona en el cerebro y el cuerpo de muchos tipos de animales (incluidos los humanos) como neurotransmisor, un mensaje químico liberado por las células nerviosas para enviar señales a otras células, como neuronas, células musculares y glándulas. células. [1] Su nombre se deriva de su estructura química: es un éster de ácido acético y colina . Las partes del cuerpo que usan o se ven afectadas por la acetilcolina se denominan colinérgicas . Las sustancias que aumentan o disminuyen la actividad general del sistema colinérgico se denominan colinérgicos y anticolinérgicos., respectivamente.

La acetilcolina es el neurotransmisor utilizado en la unión neuromuscular; en otras palabras, es la sustancia química que liberan las neuronas motoras del sistema nervioso para activar los músculos. Esta propiedad significa que los medicamentos que afectan los sistemas colinérgicos pueden tener efectos muy peligrosos que van desde la parálisis hasta las convulsiones. La acetilcolina también es un neurotransmisor del sistema nervioso autónomo , tanto como transmisor interno del sistema nervioso simpático como producto final liberado por el sistema nervioso parasimpático . [1] La acetilcolina es el neurotransmisor principal del sistema nervioso parasimpático. [2]

En el cerebro, la acetilcolina funciona como neurotransmisor y como neuromodulador . El cerebro contiene varias áreas colinérgicas, cada una con funciones distintas; como jugar un papel importante en la excitación, la atención, la memoria y la motivación. [3]

La acetilcolina también se ha rastreado en células de origen no neuronal y microbios. Recientemente, las enzimas relacionadas con su síntesis, degradación y captación celular se remontan a los primeros orígenes de los eucariotas unicelulares. [4] El patógeno protista Acanthamoeba spp. ha demostrado la presencia de ACh, que proporciona señales de crecimiento y proliferación a través de un homólogo del receptor muscarínico M1 localizado en la membrana. [5]

En parte debido a su función de activación muscular, pero también a sus funciones en el sistema nervioso autónomo y el cerebro, muchos fármacos importantes ejercen sus efectos alterando la transmisión colinérgica. Numerosos venenos y toxinas producidos por plantas, animales y bacterias, así como agentes químicos nerviosos como el sarín , causan daño al inactivar o hiperactivar los músculos a través de sus influencias en la unión neuromuscular. Los medicamentos que actúan sobre los receptores muscarínicos de acetilcolina , como la atropina , pueden ser venenosos en grandes cantidades, pero en dosis más pequeñas se usan comúnmente para tratar ciertas afecciones cardíacas y problemas oculares. Escopolamina, que actúa principalmente sobre los receptores muscarínicos del cerebro, puede provocar delirio y amnesia . Las cualidades adictivas de la nicotina se derivan de sus efectos sobre los receptores nicotínicos de acetilcolina en el cerebro.

Química [ editar ]

La acetilcolina es una molécula de colina que ha sido acetilada en el átomo de oxígeno . Debido a la presencia de un grupo de amonio cargado altamente polar , la acetilcolina no penetra en las membranas lipídicas. Por ello, cuando la molécula se introduce externamente, permanece en el espacio extracelular y no atraviesa la barrera hematoencefálica.

Bioquímica [ editar ]

La acetilcolina es sintetizada en ciertas neuronas por la enzima colina acetiltransferasa a partir de los compuestos colina y acetil-CoA . Las neuronas colinérgicas son capaces de producir ACh. Un ejemplo de un área colinérgica central es el núcleo basal de Meynert en el prosencéfalo basal. [6] [7] La enzima acetilcolinesterasa convierte la acetilcolina en los metabolitos inactivos colina y acetato . Esta enzima es abundante en la hendidura sináptica y su papel en la rápida eliminación de la acetilcolina libre de la sinapsis es esencial para la función muscular adecuada. Ciertas neurotoxinasactúan inhibiendo la acetilcolinesterasa, lo que conduce a un exceso de acetilcolina en la unión neuromuscular , lo que provoca la parálisis de los músculos necesarios para respirar y detiene los latidos del corazón.

Funciones [ editar ]

Vía de la acetilcolina.

La acetilcolina funciona tanto en el sistema nervioso central (SNC) como en el sistema nervioso periférico (SNP). En el SNC, las proyecciones colinérgicas desde el prosencéfalo basal hasta la corteza cerebral y el hipocampo apoyan las funciones cognitivas de esas áreas objetivo. En el SNP, la acetilcolina activa los músculos y es un neurotransmisor importante en el sistema nervioso autónomo.

Efectos celulares [ editar ]

Artículo principal: receptor de acetilcolina
Procesamiento de acetilcolina en una sinapsis. Después de su liberación, la acetilcolina es degradada por la enzima acetilcolinesterasa .

Como muchas otras sustancias biológicamente activas, la acetilcolina ejerce sus efectos al unirse y activar receptores ubicados en la superficie de las células. Hay dos clases principales de receptores de acetilcolina, nicotínicos y muscarínicos . Reciben su nombre de sustancias químicas que pueden activar selectivamente cada tipo de receptor sin activar el otro: la muscarina es un compuesto que se encuentra en el hongo Amanita muscaria ; la nicotina se encuentra en el tabaco.

Los receptores nicotínicos de acetilcolina son canales iónicos activados por ligandos permeables a los iones sodio , potasio y calcio . En otras palabras, son canales iónicos incrustados en las membranas celulares, capaces de cambiar de un estado cerrado a uno abierto cuando la acetilcolina se une a ellos; en estado abierto permiten el paso de los iones. Los receptores nicotínicos vienen en dos tipos principales, conocidos como de tipo muscular y de tipo neuronal. El tipo muscular puede ser bloqueado selectivamente por curare , el tipo neuronal por hexametonio. La ubicación principal de los receptores de tipo muscular son las células musculares, como se describe con más detalle a continuación. Los receptores de tipo neuronal se encuentran en los ganglios autónomos (tanto simpáticos como parasimpáticos) y en el sistema nervioso central.

Los receptores muscarínicos de acetilcolina tienen un mecanismo más complejo y afectan a las células diana durante un período de tiempo más largo. En mamíferos, se han identificado cinco subtipos de receptores muscarínicos, etiquetados de M1 a M5. Todos ellos funcionan como receptores acoplados a proteínas G , lo que significa que ejercen sus efectos a través de un sistema de segundo mensajero . Los subtipos M1, M3 y M5 están acoplados en G q ; que aumentan los niveles intracelulares de IP 3 y calcio mediante la activación de la fosfolipasa C . Su efecto sobre las células diana suele ser excitador. Los subtipos M2 y M4 son G i / G o-acoplado; disminuyen los niveles intracelulares de AMPc inhibiendo la adenilato ciclasa . Su efecto sobre las células diana suele ser inhibitorio. Los receptores muscarínicos de acetilcolina se encuentran tanto en el sistema nervioso central como en el sistema nervioso periférico del corazón, los pulmones, el tracto gastrointestinal superior y las glándulas sudoríparas.

Unión neuromuscular [ editar ]

Los músculos se contraen cuando reciben señales de las neuronas motoras. La unión neuromuscular es el lugar del intercambio de señales. Los pasos de este proceso en los vertebrados ocurren de la siguiente manera: (1) El potencial de acción alcanza la terminal del axón. (2) Los iones de calcio fluyen hacia el terminal del axón. (3) Se libera acetilcolina en la hendidura sináptica . (4) La acetilcolina se une a los receptores postsinápticos. (5) Esta unión hace que los canales de iones se abran y permite que los iones de sodio fluyan hacia la célula muscular. (6) El flujo de iones de sodio a través de la membrana hacia la célula muscular genera un potencial de acción que induce la contracción muscular. Etiquetas: A: Axón de la motoneurona B: Axón terminal C: Hendidura sináptica D: Célula muscular E: Parte de una miofibrilla
Artículo principal: Unión neuromuscular

La acetilcolina es la sustancia que usa el sistema nervioso para activar los músculos esqueléticos , una especie de músculo estriado. Estos son los músculos que se utilizan para todo tipo de movimiento voluntario, en contraste con el tejido muscular liso , que participa en una variedad de actividades involuntarias, como el movimiento de los alimentos a través del tracto gastrointestinal y la constricción de los vasos sanguíneos. Los músculos esqueléticos están controlados directamente por neuronas motoras ubicadas en la médula espinal o, en algunos casos, en el tronco del encéfalo . Estas neuronas motoras envían sus axones a través de nervios motores , de los cuales emergen para conectarse con las fibras musculares en un tipo especial de sinapsis llamadounión neuromuscular .

Cuando una neurona motora genera un potencial de acción , viaja rápidamente a lo largo del nervio hasta llegar a la unión neuromuscular, donde inicia un proceso electroquímico que hace que se libere acetilcolina en el espacio entre la terminal presináptica y la fibra muscular. Las moléculas de acetilcolina luego se unen a los receptores de canales de iones nicotínicos en la membrana de las células musculares, lo que hace que los canales de iones se abran. Los iones de sodio luego fluyen hacia la célula muscular, iniciando una secuencia de pasos que finalmente producen la contracción muscular .

Factores que disminuyen la liberación de acetilcolina (y por lo tanto afectan los canales de calcio de tipo P ): [8]

  1. Antibióticos ( clindamicina , polimixina )
  2. Magnesio: antagoniza los canales de calcio tipo P
  3. Hipocalcemia
  4. Anticonvulsivos
  5. Diuréticos ( furosemida )
  6. Síndrome de Eaton-Lambert : inhibe los canales de calcio tipo P
  7. Toxina botulínica : inhibe las proteínas SNARE

Los bloqueadores de los canales de calcio (nifedipina, diltiazem) no afectan los canales P. Estos medicamentos afectan canales de calcio tipo L .

Sistema nervioso autónomo [ editar ]

Componentes y conexiones del sistema nervioso parasimpático .

El sistema nervioso autónomo controla una amplia gama de funciones corporales involuntarias e inconscientes. Sus principales ramas son el sistema nervioso simpático y el sistema nervioso parasimpático . En términos generales, la función del sistema nervioso simpático es movilizar el cuerpo para la acción; la frase que a menudo se invoca para describirlo es lucha o huida . La función del sistema nervioso parasimpático es poner al cuerpo en un estado propicio para el descanso, la regeneración, la digestión y la reproducción; la frase que a menudo se invoca para describirlo es "descansar y digerir" o "alimentar y criar". Ambos de estos sistemas mencionados anteriormente usan acetilcolina, pero de diferentes maneras.

A nivel esquemático, los sistemas nerviosos simpático y parasimpático se organizan esencialmente de la misma manera: las neuronas preganglionares del sistema nervioso central envían proyecciones a las neuronas ubicadas en los ganglios autónomos, que envían proyecciones de salida a prácticamente todos los tejidos del cuerpo. En ambas ramas, las conexiones internas, las proyecciones del sistema nervioso central a los ganglios autónomos, utilizan acetilcolina como neurotransmisor para inervar (o excitar) las neuronas de los ganglios. En el sistema nervioso parasimpático, las conexiones de salida, las proyecciones de las neuronas ganglionares a los tejidos que no pertenecen al sistema nervioso, también liberan acetilcolina pero actúan sobre los receptores muscarínicos. En el sistema nervioso simpático, las conexiones de salida liberan principalmente noradrenalina., aunque la acetilcolina se libera en algunos puntos, como la inervación sudomotora de las glándulas sudoríparas.

Efectos vasculares directos [ editar ]

La acetilcolina en el suero ejerce un efecto directo sobre el tono vascular al unirse a los receptores muscarínicos presentes en el endotelio vascular . Estas células responden aumentando la producción de óxido nítrico , que indica al músculo liso circundante que se relaje, lo que conduce a la vasodilatación . [9]

Sistema nervioso central [ editar ]

Micrografía del núcleo basal (de Meynert), que produce acetilcolina en el SNC. Tinción LFB-HE .

En el sistema nervioso central, la ACh tiene una variedad de efectos sobre la plasticidad, la excitación y la recompensa . La ACh tiene un papel importante en la mejora del estado de alerta cuando nos despertamos, [10] en el mantenimiento de la atención [11] y en el aprendizaje y la memoria. [12]

Se ha demostrado que el daño al sistema colinérgico (productor de acetilcolina) en el cerebro está asociado con los déficits de memoria asociados con la enfermedad de Alzheimer . [13] También se ha demostrado que la ACh promueve el sueño REM . [14]

En el tronco encefálico, la acetilcolina se origina en el núcleo pedunculopontino y el núcleo tegmental laterodorsal conocido colectivamente como el área del tegmento mesopontino o complejo pontomesencefalotegmental. [15] [16] En el prosencéfalo basal, se origina en el núcleo basal de Meynert y el núcleo septal medial :

  • El complejo pontomesencefalotegmental actúa principalmente sobre los receptores M1 en el tronco encefálico , núcleos cerebelosos profundos , núcleos pontinos , locus coeruleus , núcleo del rafe , núcleo reticular lateral y olivo inferior . [16] También se proyecta al tálamo , el tectum , los ganglios basales y el prosencéfalo basal . [15]
  • El núcleo basal de Meynert actúa principalmente sobre los receptores M1 del neocórtex .
  • El núcleo septal medial actúa principalmente sobre los receptores M1 en el hipocampo y partes de la corteza cerebral .

Además, la ACh actúa como un importante transmisor interno en el cuerpo estriado , que forma parte de los ganglios basales . Es liberado por interneuronas colinérgicas . En humanos, primates no humanos y roedores, estas interneuronas responden a estímulos ambientales sobresalientes con respuestas que están temporalmente alineadas con las respuestas de neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra . [17] [18]

Memoria [ editar ]

La acetilcolina se ha relacionado con el aprendizaje y la memoria de varias formas. El fármaco anticolinérgico, escopolamina , dificulta la adquisición de nueva información en humanos [19] y animales. [12] En los animales, la interrupción del suministro de acetilcolina al neocórtex afecta el aprendizaje de tareas de discriminación simples, comparables a la adquisición de información fáctica [20] y la interrupción del suministro de acetilcolina al hipocampo y áreas corticales adyacentes produce olvido, comparable a la amnesia anterógrada en humanos. [21]

Enfermedades y trastornos [ editar ]

Miastenia gravis [ editar ]

La enfermedad miastenia gravis , caracterizada por debilidad muscular y fatiga, ocurre cuando el cuerpo produce de manera inapropiada anticuerpos contra los receptores nicotínicos de acetilcolina y, por lo tanto, inhibe la transmisión adecuada de la señal de acetilcolina. Con el tiempo, la placa del extremo del motor se destruye. Los fármacos que inhiben competitivamente la acetilcolinesterasa (p. Ej., Neostigmina, fisostigmina o principalmente piridostigmina) son eficaces para tratar este trastorno. Permiten que la acetilcolina liberada de forma endógena tenga más tiempo para interactuar con su receptor respectivo antes de ser inactivada por la acetilcolinesterasa en la hendidura sináptica (el espacio entre el nervio y el músculo).

Farmacología [ editar ]

Bloquear, obstaculizar o imitar la acción de la acetilcolina tiene muchos usos en medicina. Los fármacos que actúan sobre el sistema de acetilcolina son agonistas de los receptores que estimulan el sistema o antagonistas que lo inhiben. Los agonistas y antagonistas del receptor de acetilcolina pueden tener un efecto directamente sobre los receptores o ejercer sus efectos indirectamente, por ejemplo, al afectar a la enzima acetilcolinesterasa , que degrada el ligando del receptor. Los agonistas aumentan el nivel de activación del receptor, los antagonistas lo reducen.

La acetilcolina por sí misma no tiene valor terapéutico como fármaco de administración intravenosa debido a su acción multifacética (no selectiva) y a su rápida inactivación por la colinesterasa. Sin embargo, se utiliza en forma de colirio para provocar la constricción de la pupila durante la cirugía de cataratas, lo que facilita una rápida recuperación posoperatoria.

Receptores nicotínicos [ editar ]

Artículo principal: receptor nicotínico

La nicotina se une a los receptores nicotínicos de acetilcolina y los activa , imitando el efecto de la acetilcolina en estos receptores. Cuando interactúa ACh con un receptor ACh nicotínico, se abre un Na + canal y Na + iones fluya en la membrana. Esto causa una despolarización y da como resultado un potencial postsináptico excitador. Por tanto, la ACh es excitadora sobre el músculo esquelético; la respuesta eléctrica es rápida y de corta duración. Los curares son venenos de flecha, que actúan sobre los receptores nicotínicos y se han utilizado para desarrollar terapias clínicamente útiles.

Receptores muscarínicos [ editar ]

Artículo principal: receptor muscarínico

La atropina es un antagonista competitivo no selectivo de la acetilcolina en los receptores muscarínicos.

Inhibidores de colinesterasa [ editar ]

Artículo principal: inhibidores de la colinesterasa

Muchos agonistas del receptor de ACh actúan indirectamente al inhibir la enzima acetilcolinesterasa . La acumulación resultante de acetilcolina provoca una estimulación continua de los músculos, las glándulas y el sistema nervioso central, lo que puede provocar convulsiones fatales si la dosis es alta.

Son ejemplos de inhibidores de enzimas y aumentan la acción de la acetilcolina al retrasar su degradación; algunos se han utilizado como agentes nerviosos ( sarín y gas nervioso VX ) o pesticidas ( organofosforados y carbamatos ). Muchas toxinas y venenos producidos por plantas y animales también contienen inhibidores de colinesterasa. En uso clínico, se administran en dosis bajas para revertir la acción de los relajantes musculares , para tratar la miastenia gravis y para tratar los síntomas de la enfermedad de Alzheimer ( rivastigmina , que aumenta la actividad colinérgica en el cerebro).

Inhibidores de síntesis [ editar ]

Los compuestos orgánicos de mercurio , como el metilmercurio , tienen una alta afinidad por los grupos sulfhidrilo , lo que provoca una disfunción de la enzima colina acetiltransferasa. Esta inhibición puede conducir a una deficiencia de acetilcolina y puede tener consecuencias sobre la función motora.

Liberar inhibidores [ editar ]

La toxina botulínica (Botox) actúa suprimiendo la liberación de acetilcolina, mientras que el veneno de una araña viuda negra ( alfa-latrotoxina ) tiene el efecto inverso. La inhibición de la ACh causa parálisis . Cuando es mordido por una araña viuda negra , uno experimenta el desperdicio de suministros de ACh y los músculos comienzan a contraerse. Si y cuando el suministro se agota, se produce la parálisis .

Biología comparada y evolución [ editar ]

La acetilcolina es utilizada por organismos en todos los dominios de la vida para una variedad de propósitos. Se cree que la colina, un precursor de la acetilcolina, fue utilizada por organismos unicelulares hace miles de millones de años [ cita requerida ] para sintetizar fosfolípidos de la membrana celular. [22] Tras la evolución de los transportadores de colina, la abundancia de colina intracelular allanó el camino para que la colina se incorporara a otras vías sintéticas, incluida la producción de acetilcolina. La acetilcolina es utilizada por bacterias, hongos y una variedad de otros animales. Muchos de los usos de la acetilcolina se basan en su acción sobre los canales iónicos a través de GPCR, como las proteínas de membrana.

Los dos tipos principales de receptores de acetilcolina, los receptores muscarínicos y nicotínicos, han evolucionado de manera convergente para responder a la acetilcolina. Esto significa que, en lugar de haber evolucionado a partir de un homólogo común, estos receptores evolucionaron a partir de familias de receptores independientes. Se estima que la familia de receptores nicotínicos se remonta a más de 2.500 millones de años. [22] Asimismo, se cree que los receptores muscarínicos divergieron de otros GPCR hace al menos 500 millones de años. Ambos grupos de receptores han desarrollado numerosos subtipos con afinidades de ligandos y mecanismos de señalización únicos. La diversidad de los tipos de receptores permite que la acetilcolina cree respuestas variables según los tipos de receptores que se activan y permite que la acetilcolina regule dinámicamente los procesos fisiológicos.

Historia [ editar ]

En 1867, Adolf von Baeyer resolvió las estructuras de colina y acetilcolina y las sintetizó ambas, refiriéndose a esta última como " acetilneurina " en el estudio. [23] [24] La colina es un precursor de la acetilcolina. Esta es la razón por la que Frederick Walker Mott y William Dobinson Halliburton notaron en 1899 que las inyecciones de colina disminuían la presión arterial de los animales. [25] [24] Se observó por primera vez que la acetilcolina era biológicamente activa en 1906, cuando Reid Hunt (1870-1948) y René de M. Taveau descubrieron que disminuía la presión arterial en dosis excepcionalmente pequeñas.[26] [24] [27]

En 1914, Arthur J. Ewins fue el primero en extraer acetilcolina de la naturaleza. Lo identificó como el contaminante que disminuye la presión arterial de algunos extractos de cornezuelo de centeno de Claviceps purpurea , a pedido de Henry Hallett Dale . [24] Más tarde, en 1914, Dale describió los efectos de la acetilcolina en varios tipos de sinapsis periféricas y también señaló que reducía la presión arterial de los gatos mediante inyecciones subcutáneas incluso en dosis de un nanogramo . [28] [24]

El concepto de neurotransmisores se desconocía antes de 1921, cuando Otto Loewi señaló que el nervio vago secretaba una sustancia que inhibía el músculo cardíaco mientras trabajaba como profesor en la Universidad de Graz . Lo llamó vagusstoff ("sustancia vaga "), señaló que era un análogo estructural de la colina y sospechó que era acetilcolina. [29] [30] En 1926, Loewi y E. Navratil dedujeron que el compuesto es probablemente acetilcolina, ya que el vagusstoff y la acetilcolina sintética perdieron su actividad de manera similar cuando entraron en contacto con lisados tisulares.que contenía enzimas degradantes de acetilcolina (ahora conocidas como colinesterasas ). [31] [32] Esta conclusión fue ampliamente aceptada. Estudios posteriores confirmaron la función de la acetilcolina como neurotransmisor. [30]

En 1936, HH Dale y O. Loewi compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus estudios sobre acetilcolina e impulsos nerviosos. [24]

Ver también [ editar ]

  •  Portal de biología
  • Ann Silver

Referencias específicas [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Advertencia sobre la combinación de medicamentos comunes para personas mayores