Η ακετυλοτρανσφεράση της χολίνης είναι ένα ένζυμο που παράγεται στον εγκέφαλο. Αυτό το ένζυμο είναι υπεύθυνο για την παραγωγή του νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη, την οποία κάνει ενώνοντας χολίνη και οξικό. Η ακετυλοχολίνη είναι σημαντική για λειτουργίες όπως η σύσπαση των μυών, η ρύθμιση του καρδιακού παλμού και η μάθηση. Η ακετυλοτρανσφεράση χολίνης εκτελεί αυτή τη λειτουργία μέσα στους χολινεργικούς νευρώνες, δημιουργώντας μια παροχή ακετυλοχολίνης για απελευθέρωση στη σύναψη όταν ενεργοποιηθεί ο νευρώνας.
Τα κύτταρα παράγουν ακετυλοτρανσφεράση χολίνης στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο, που περιέχεται στο κυτταρικό σώμα ενός νευρώνα. Μόλις παραχθεί, το ένζυμο κινείται αργά μέσα από μικροσωληνίσκους που διατρέχουν τον άξονα, το μακρύ τμήμα ενός νευρώνα μέσω του οποίου ταξιδεύουν τα ηλεκτρικά σήματα. Τελικά το μόριο φτάνει στο τερματικό του άξονα, το τμήμα του νευρώνα που βρίσκεται πιο κοντά στη σύναψη. Εδώ, αρχίζει να παράγει ακετυλοχολίνη.
Ένα μεγάλο ένζυμο που ονομάζεται ακετυλοσυνένζυμο Α (acetyl-CoA) παίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία. Το Acetyl-CoA παρέχει οξικές ομάδες σε χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε όλο το σώμα, κυρίως στον κύκλο του κιτρικού οξέος που χρησιμοποιείται από κάθε κύτταρο στη διαδικασία του μεταβολισμού. Το Acetyl-CoA συνδέεται επίσης με την ακετυλοτρανσφεράση της χολίνης. Όταν η χολίνη φτάνει σε μια κοντινή σχισμή, συνδέεται με την ομάδα οξικών, δημιουργώντας ακετυλοχολίνη. Το συνένζυμο Α απελευθερώνεται ως υποπροϊόν και είναι ελεύθερο να δεσμευτεί σε μια νέα ομάδα οξικών.
Το αποτέλεσμα είναι η ακετυλοχολίνη. Τα μόρια της ακετυλοχολίνης συγκεντρώνονται σε συναπτικά κυστίδια, μικρές μεμβράνες με τις οποίες ο νευρώνας μπορεί να αποβάλει. Όταν ο νευρώνας «πυροδοτεί», απελευθερώνει αυτά τα μόρια στη συναπτική σχισμή, όπου μπορούν να πυροδοτήσουν τον επόμενο νευρώνα προσκολλώνται σε συγκεκριμένους υποδοχείς. Η ακετυλοχολίνη είναι ένας ιδιαίτερα ευέλικτος νευροδιαβιβαστής και μπορεί να προκαλέσει διαφορετικά αποτελέσματα από διαφορετικούς τύπους νευρώνων.
Το χολινεργικό σύστημα περιλαμβάνει τον νευροδιαβιβαστή ακετυλοχολίνη, τους υποδοχείς με τους οποίους συνδέεται και τους νευρώνες που επηρεάζουν αυτοί οι υποδοχείς. Το χολινεργικό σύστημα είναι ένα από τα πιο σημαντικά και καλά μελετημένα συστήματα νευροδιαβίβασης. Το σώμα βασίζεται στην ακετυλοχολίνη και το χολινεργικό σύστημα για μια ποικιλία λειτουργιών. Έξω από τον εγκέφαλο, βοηθά στην τόνωση της συστολής των μυών και στη ρύθμιση του καρδιακού παλμού. Μέσα στον εγκέφαλο, παίζει ρόλο σε βασικές νοητικές διαδικασίες, όπως η μνήμη, η μάθηση και τα συναισθήματα ανταμοιβής. Είναι επίσης το σύστημα που επηρεάζεται από τη νικοτίνη και επομένως είναι υπεύθυνο για την ισχύ του εθισμού στο τσιγάρο.
Η ακετυλοτρανσφεράση της χολίνης παράγεται από ένα γονίδιο που ονομάζεται CHAT. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές εκδοχές του γονιδίου CHAT, όλες από τις οποίες μπορούν να παράγουν επιτυχώς ακετυλοτρανσφεράση χολίνης. Μερικές φορές, ωστόσο, οι μεταλλάξεις σε αυτό το γονίδιο έχουν ως αποτέλεσμα την αποτυχία να παραχθεί αποτελεσματικά το επιδιωκόμενο ένζυμο. Αυτές οι μεταλλάξεις, μαζί με τις παρατηρούμενες ελλείψεις της ακετυλοτρανσφεράσης της χολίνης, φαίνεται να συσχετίζονται τόσο με τη νόσο του Αλτσχάιμερ όσο και με τη σχιζοφρένεια.