胆碱酯酶是一种水解ACH(乙酰胆碱)的特殊酶。一般来说，体内的胆碱酯酶分两种：1.真性胆碱酯酶又叫乙酰胆碱酯酶或特异性胆碱酯酶，主要存在于胆碱能神经突触后膜上，也存在于红细胞和肌细胞中。此种胆碱酯酶水解ACH比水解其他胆碱酯类更快。一般指的胆碱酯酶即是指真性胆碱酯酶。2.假性胆碱酯酶又叫丁酰胆碱酯酶，主要存在于各型胶质细胞，血浆及肝脏中，水解苯甲酰胆碱及丁酰胆碱等。在这两种胆碱酯酶中，真性胆碱酯酶对ACH有选择性破坏作用，因此具有重大的生理意义。 胆碱酯酶是一种分子量为8万的酶蛋白，分子表面有两个能与乙酰胆碱结合的部位，即带负电荷的阴离子部位与酯解部位。现在认为阴离子部位可能由二羧氨基酸构成，酯解部位则含有一个由丝氨酸羟基构成的酸性作用点和一个由组氨酸的咪唑环构成的碱性作用点，后者通过氢的转移增强了前者的亲核活性，使其易与ACH结合。
ACH为季铵化合物，由季铵基团、烃键和酯基三部分组成。胆碱酯酶水解ACH的过程可分为三部分进行。(1)酶的阴离子部位以静电引力与ACH分子中带正电的季铵阳离子结合，酯解部位则以共价键与ACH酯基相结合，形成乙酰胆碱-胆碱酯酶复合物。(2)ACH的酯链裂开，释放出胆碱，生成乙酰化胆碱酯酶。(3)乙酰化胆碱酯酶经水解迅速分解出乙酸，胆碱酯酶游离，恢复原有的活性。
一分子ACH完全水解，仅需80微秒，故神经兴奋时，末梢释放的 ACH。与N胆碱受体结合引起效应后立即被胆碱酯酶水解，ACH一旦水解，效应便立即终止。 胆碱酯酶过低会造成胆碱堆积，产生持续兴奋胆碱能神经的作用，主要表现为：
1．M样作用静脉注射小剂量Ach即能激动M胆碱受体，产生与兴奋胆碱能神经节后纤维相似的作用，引起心率减慢、血管舒张、血压下降，支气管和胃肠道平滑肌兴奋，瞳孔括约肌和睫状肌收缩以及腺体分泌增加等。舒张血管可能是激动血管内皮细胞的M受体使内皮细胞释放依赖性舒张因子（endothelium- dependent relaxing factor,EDRF,现多认为EDRF即是一氧化氮（NO））所致。
2．N样作用剂量稍大时，Ach也能激动N胆碱受体，产生与兴奋全部植物神经节和运动神经相似的作用。还能兴奋肾上腺髓质的嗜铬组织（此组织在胚胎发育中与交感神经节的来源相同，受交感神经节前纤维支配），使之释放肾上腺素。许多器官是由胆碱能和去甲肾上腺素能神经双重支配的，通常是其中一种占优势。例如，在胃肠道、膀胱平滑肌和腺体是以胆碱能神经占优势，而心肌收缩和小血管方面则以去甲肾上腺素能神经占优势。故在大剂量Ach作用下，全部神经节（具N1胆碱受体）兴奋的结果是胃肠道、膀胱等器官的平滑肌兴奋，腺体分泌增加，心肌收缩力加强，小血管收缩，血压升高。Ach还激动运动神经终板上的N2胆碱受体，表现为骨骼肌兴奋。过大剂量的Ach很易使神经节从兴奋转入抑制。
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