Cholino acetiltransferazė yra fermentas, gaminamas smegenyse. Šis fermentas yra atsakingas už neuromediatoriaus acetilcholino gamybą, o tai daro sujungdamas choliną ir acetatą. Acetilcholinas svarbus tokioms funkcijoms kaip raumenų susitraukimas, širdies ritmo reguliavimas ir mokymasis. Cholino acetiltransferazė atlieka šią operaciją cholinerginiuose neuronuose, generuodama acetilcholino tiekimą, kuris išsiskiria į sinapsę, kai neuronas suaktyvinamas.
Ląstelės gamina cholino acetiltransferazę šiurkščiame endoplazminiame tinkle, esančiame neurono ląstelės kūne. Pagamintas fermentas lėtai juda per mikrovamzdelius, einančius per aksoną – ilgą neurono dalį, per kurią keliauja elektriniai signalai. Galiausiai molekulė patenka į aksono terminalą – neurono dalį, esančią arčiausiai sinapsės. Čia jis pradeda gaminti acetilcholiną.
Didelis fermentas, vadinamas acetilkofermentu A (acetil-CoA), vaidina svarbų vaidmenį procese. Acetil-CoA tiekia acetato grupes cheminėms reakcijoms, vykstančioms visame kūne, ypač citrinos rūgšties ciklui, kurį metabolizmo procese naudoja kiekviena ląstelė. Acetil-CoA taip pat jungiasi su cholino acetiltransferaze. Kai cholinas patenka į netoliese esantį plyšį, jis prisijungia prie acetato grupės, sukuriant acetilcholiną. Kofermentas A išsiskiria kaip šalutinis produktas ir gali laisvai prisijungti prie naujos acetato grupės.
Rezultatas yra acetilcholinas. Acetilcholino molekulės surenkamos į sinapsines pūsleles, mažas membranas, su kuriomis neuronas gali išstumti. Kai neuronas „užsidega“, išleidžia šias molekules į sinapsinį plyšį, kur jos gali suaktyvinti kitą neuroną, prisijungdamos prie specifinių receptorių. Acetilcholinas yra ypač universalus neurotransmiteris ir gali sukelti skirtingą įvairių tipų neuronų poveikį.
Cholinerginė sistema apima neuromediatorių acetilcholiną, receptorius, prie kurių jis jungiasi, ir neuronus, kuriuos šie receptoriai veikia. Cholinerginė sistema yra viena iš svarbiausių ir geriausiai ištirtų neurotransmisijos sistemų. Kūnas naudojasi acetilcholinu ir cholinergine sistema įvairioms funkcijoms atlikti. Už smegenų ribų jis padeda stimuliuoti raumenų susitraukimą ir reguliuoti širdies ritmą. Smegenyse jis vaidina pagrindinius psichinius procesus, tokius kaip atmintis, mokymasis ir atlygio jausmas. Ji taip pat yra nikotino paveikta sistema, todėl ji yra atsakinga už priklausomybės nuo cigarečių stiprumą.
Cholino acetiltransferazę gamina genas, vadinamas CHAT. Yra keletas skirtingų CHAT geno versijų, kurios visos gali sėkmingai gaminti cholino acetiltransferazę. Tačiau kartais dėl šio geno mutacijų nepavyksta efektyviai gaminti numatyto fermento. Šios mutacijos kartu su pastebėtais cholino acetiltransferazės trūkumais koreliuoja ir su Alzheimerio liga, ir su šizofrenija.