아세틸콜린

아세틸콜린의 분자 구조

“ 가장 광범위한 작용을 하는 신경전달물질 ”

아세틸콜린(영어: Acetylcholine, Ach)은 인간을 비롯한 여러 동물에서 말초신경계 및 중추신경계 모두에서 신경전달물질로서 작용하는 유기 다원자성 이온 물질이다. 아세트산과 콜린의 에스테르 화합물이며, 화학식은 CH₃COO(CH₂)₂N⁺(CH₃)₃이다.

아세틸콜린은 자율신경계에 있는 여러 신경전달물질 중 하나이며 체성신경계의 운동신경에서 사용되는 유일한 신경전달물질이다. 심장조직에서 아세틸콜린은 심장박동을 느리게 만드는 억제 효과를 가진다. 하지만, 아세틸콜린은 골격근의 신경근육 연접부에서 흥분성 신경전달물질로 작용한다.

역사

영국의 의학자인 헨리 핼릿 데일(Henry Hallett Dale)은 1914년 아세틸콜린의 심장 조직에 대한 작용을 확인하면서, 최초로 아세틸콜린의 존재를 규명하였다. 이후 미국의 약리학자인 오토 뢰비(Otto Loewi)는 아세틸콜린이 신경전달물질임을 확인하였고, 미주신경(Vagus nerve)에서 아세틸콜린이 방출된다는 사실을 발견하고서 이 물질에 Vagusstoff라는 명칭을 붙여주었다. 헨리 핼릿 데일과 오토 뢰비는 이 공로로 1936년 노벨 생리의학상을 공동 수상하였다.

기능

아세틸콜린은 말초신경계와 중추신경계 모두에서 신경조절물질로서 기능을 가진다. 아세틸콜린의 수용체는 아주 높은 결합상수를 가진다.

말초신경계에서

말초신경계에서, 아세틸콜린은 근육을 활동하게 만들며, 자율신경계에서 주요한 신경전달물질이다. 아세틸콜린이 골격근 섬유에 있는 아세틸콜린 수용체에 결합하면, 세포막에 있는 리간드 의존성 나트륨 통로가 열리게 된다. 이렇게 되면 나트륨 이온은 열린 나트륨 통로를 통해 근육 세포 안으로 들어가게 되고, 결과적으로 근육의 수축이 일어난다. 이처럼 아세틸콜린은 골격근을 수축시키는 작용을 하는 데 비해, 심장근육 섬유에서는 다른 종류의 수용체(무스카린 수용체)를 통해 심장근육을 이완시키는 작용을 한다.

자율신경계에서, 아세틸콜린은 다음과 같은 장소들에서 방출된다.

• 모든 절전 및 절후 부교감신경 뉴런
• 모든 절전 교감신경 뉴런
• 일부 절후 교감신경 뉴런 (예: 땀샘으로 가는 절후 교감신경 뉴런)

중추신경계에서

중추신경계에서, 아세틸콜린은 신경조절물질로서 다양한 효과를 가진다. 아세틸콜린은 우리가 일어나서 외부 환경에 주의를 기울일 때 감각작용을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 뇌가 아세틸콜린을 생산하는 능력이 떨어지게 되면 기억력이 감퇴하게 되는데, 이는 치매와도 연관 있다. 또한 아세틸콜린은 렘수면을 촉진시키는 것으로 밝혀졌다.

합성과 분해

아세틸콜린은 특정 뉴런에서 콜린과 아세틸 CoA을 재료로 하여 콜린 아세틸기 이동효소에 의해 합성된다.

아세틸콜린가수분해효소(acetylcholinesterase)는 아세틸콜린을 콜린과 아세트산으로 분해하여 불활성화 시킨다. 이 효소는 시냅스 틈에 풍부하게 있으며, 시냅스에 있는 자유 아세틸콜린을 빠르게 분해하여 정상적인 근육 기능을 가능하게 한다. 특정 신경독소는 아세틸콜린가수분해효소를 억제함으로서 작용한다. 이 경우, 신경근육 연접부에는 과도한 양의 아세틸콜린이 축적되므로 호흡과 심장박동에 필요한 근육이 마비된다.

수용체

독버섯인 광대버섯에는 무스카린이 함유되어 있다. 따라서 광대버섯을 먹게 되면 전신의 무스카린 아세틸콜린 수용체가 과도하게 흥분하여 특징적인 중독증상을 나타낸다.

아세틸콜린 수용체(AChR)에는 크게 니코틴 아세틸콜린 수용체(nAChR)와 무스카린 아세틸콜린 수용체(mAChR)두 종류가 있다.

 니코틴 아세틸콜린 수용체

니코틴 아세틸콜린 수용체는 나트륨, 칼륨, 칼슘 이온을 통과시키는 리간드 의존성 이온 통로이다. 이 수용체에 아세틸콜린이나 니코틴이 결합하면 이온 통로가 열리게 된다. 니코틴 아세틸콜린 수용체는 근육 종판, 교감 및 부교감 자율신경절, 중추신경계에 있다.

 무스카린 아세틸콜린 수용체

무스카린 아세틸콜린 수용체는 니코틴 수용체처럼 이온 통로를 직접 여는 것이 아니라 G 단백질을 활성화시켜 작용하며, 더 오랫동안 작용한다. 이 수용체는 무스카린이나 아세틸콜린에 의해 작동하며, 아트로핀에 의해 억제된다. 무스카린 아세틸콜린 수용체는 중추신경계, 심장, 허파, 상부 소화기관과 땀샘에 있다. 여러 종류의 독버섯에는 무스카린이 들어 있다. 따라서 독버섯을 먹게 되면 전신의 무스카린 아세틸콜린 수용체가 과도하게 활성화되므로 동공이 풀리고 침과 땀을 많이 흘리게 되며 위장관의 과도한 운동으로 복통을 호소하며 기관지의 수축으로 호흡이 곤란해지고 심장박동이 정지하여 죽음에 이르게 되는 것이다.