W latać dwudziestych obecnego stulecia wykazano, że w czasie przechodzeni impulsu nerwowego przez synapsy wydziela się w nich substancja nazwana acetylocholiną. Ostatnio zaś wykazano, że substancja ta jest stale produkowana w synapsie i gromadzona w opisanych pęcherzykach. Jest ona wydzielana co minuta w postaci porcji złożonej z około 1000 cząsteczek. To stałe wydzielanie odbywa się wskutek przypadkowych zderzeń pęcherzyków zawierających acetylocholiną z błoną przedsynaptyczną. Takie zderzenia powodują pękanie pęcherzyków i wydostawanie się zawartej w nich acetylocholiny do szczeliny synaptycznej. Z chwilą dotarcia impulsu nerwowego do synapsy częstość wydzielania poszczególnych porcji acetylocholiny wzrasta bardzo znacznie — do kilkuset w ułamku sekundy. Wydzielono do szczeliny synaptycznej cząsteczki acetylocholiny łączą się z powierzchnią błony posynaptycznej, zwiększając jej przepuszczalność dla jonów Na+. To zaś, jak wiemy, wyzwala impuls nerwowy, który teraz wędruje wzdłuż włókien następnej komórki. Z tego, co powiedzieliśmy przed chwilą, łatwo zrozumieć, dlaczego synapsa działa jak prostownik,; tzn. przepuszcza impulsy tylko w jednym kierunku. Tylko bowiem jej włóknie osiowym znajduje się acetylocholina, umożliwiająca przeniesienie impulsu. W opisanym przebiegu zjawisk istnieje jednak pewna niejasność,: którą musimy rozważyć. Acetylocholina związana z błoną po synaptyczną zwiększałaby przenikanie jonów Na4 stale, co powodowałoby stałe! wyzwalanie impulsów nerwowych. Z praktyki zaś wiemy, że bodziec wyzwala jeden impuls lub całą ich serię, po czym wszystko powraca do stanu spoczynkowego. Do zapewnienia takiej sytuacji konieczna jest unieczynnienie wydzielonej acetylocholiny natychmiast po spełnieniu jej zadania. Badania biochemiczne potwierdziły słuszność takie-' go przypuszczenia i doprowadziły do wykrycia związku rozkładającego acetylocholinę. Związkiem tym jest enzym zwany cholinester-zą. Odznacza się on ogromną aktywnością, jedna bowiem jego cząsteczka rozkłada cząsteczkę acetylocholiny w ciągu 3—4 milisekund. Co więcej, znajduje się on w 10-krotnym nadmiarze w stosunku do acetylocholiny. Z wielu obserwacji przemawiających za tym, iż właśnie acetylocholina i cholinesteraza spełniają kluczową rolę w przenoszeniu impulsów nerwowych w synapsach, na uwagę zasługują dwa fakty. Po pierwsze wykazano, że obie te substancje występują w całym świecie zwierzęcym, począwszy od najprostszych jamochłonów — stułbiopławów (Hy-drozoa), a skończywszy na ssakach. Drugim niezwykle interesującym faktem jest zaobserwowana zależność między pojawieniem się cholinesterazy a zdolnością do przewodzenia impulsów nerwowych w rozwoju embrionalnym. Pierwszym odcinkiem układu nerwowego, w którym powstaje zdolność przewodzenia impulsów w życiu płodowym, jest rdzeń kręgowy. W nim też najwcześniej pojawia się omawiany enzym. Co więcej, ilość enzymu wzrasta proporcjonalnie do rozwoju zdolności do przewodzenia coraz to większej liczby impulsów. Zauważono między innymi, że w chwili urodzenia tkanka nerwowa królików, które przychodzą na świat bardzo niedołężne, zawiera stosunkowo niewielką ilość cholinesterazy. Tkanka nerwowa noworodków świnek morskich, które w chwili urodzenia mają dobrze wykształconą czynność układu nerwowego, zawiera znaczną ilość tego związku. Za ścisłą korelacją między zjawiskami elektrycznymi a czynnością enzymu przemawiają obserwacje poczynione na narządzie elektrycznym ryb z rodzaju Torpedo. Narząd ten powstał z przekształconych zakończeń włókien nerwowych w mięśniach. Takie zakończenia, zwane płytkami elektrycznymi, można porównać do synapsy, gdyż impuls nerwowy dociera tu przez włókno nerwowe do specjalnego urządzenia, w którym pod wpływem impulsu powstaje różnica potencjałów rzędu 0,1 V. Okazało się, że płytki elektryczne wspomnianych ryb zawierają 98% wody i tylko 2% substancji białkowej. Ta niewielka stosunkowo ilość materiału białkowego zawiera cholinesterazę w stężeniu większym niż tkanka nerwowa człowieka. 1 g tkanki płytki elektrycznej w ciągu 1 godziny rozkłada 1—5 g acetylocholiny, podczas gdy na przykład 1 g mózgu ludzkiego w tym samym czasie rozkłada 0,5 g acetylocholiny. Co więcej, wykazano prostą zależność między różnicą potencjałów w narządzie elektrycznym a stężeniem enzymu. Takiej zależności między zjawiskami elektrycznymi a stężeniem enzymu w żadnym innym przypadku nie udało się zaobserwować. Ostatnio, dzięki coraz precyzyjniejszym badaniom, potwierdzono z całą pewnością, że acetylocholina rzeczywiście wywołuje zmianę potencjału błony posynaptycznej. Badając go za pomocą mikroelektrody umieszczonej w bezpośrednim sąsiedztwie synapsy, zarejestrowano wahania potencjału rzędu 0,5 mV z częstością odpowiadającą wspomnianemu wydzielaniu porcji acetylocholiny z pęcherzyków synapsy. W końcu pozostało do rozstrzygnięcia pytanie, w jaki sposób zachodzi wytwarzanie acetylocholiny w synapsie, aby była ona stale gotowa do przeniesienia impulsu. Biochemicy wykazali, że w tkance nerwowej obok enzymu rozkładającego acetylocholinę znajduje się enzym syntetyzująący ją, zwany acetylazą cholinową. Enzym ten w obecności odpowiedniej ilości energii, syntetyzuje acetylocholinę z prostszych składników. Tutaj znajduje wyjaśnienie i uzasadnienie obecność znacznej liczby mitochondriów w obrębie synapsy. Mitochondria bowiem są producentami i dostarczycielami energii potrzebnej do syntezy acetylocholiny. Obliczono, że proces syntezy acetylocholiny zachodzi 200 razy wolniej niż jej rozkład, ale to nie upośledza czynności synapsy, gdyż acetylocholina jest zgromadzona w pęcherzykach w znacznym nadmiarze w stosunku do potrzeb w danym czasie.