Koliinatsetüültransferaas on ensüüm, mida toodetakse ajus. See ensüüm vastutab neurotransmitteri atsetüülkoliini tootmise eest, mida see teeb koliini ja atsetaadi ühendamisel. Atsetüülkoliin on oluline selliste funktsioonide jaoks nagu lihaste kokkutõmbumine, südame löögisageduse reguleerimine ja õppimine. Koliinatsetüültransferaas teostab seda toimingut kolinergilistes neuronites, genereerides atsetüülkoliini pakkumise, mis vabaneb neuroni aktiveerimisel sünapsi.
Rakud toodavad koliinatsetüültransferaasi karedas endoplasmaatilises retikulumis, mis sisaldub neuroni raku kehas. Kui ensüüm on toodetud, liigub see aeglaselt läbi mikrotuubulite, mis kulgevad läbi aksoni – neuroni pika osa, mille kaudu liiguvad elektrilised signaalid. Lõpuks jõuab molekul aksoni terminali, sünapsile kõige lähemal olevasse neuroni ossa. Siin hakkab see tootma atsetüülkoliini.
Suur ensüüm nimega atsetüülkoensüüm A (atsetüül-CoA) mängib protsessis olulist rolli. Atsetüül-CoA varustab atsetaatrühmadega kogu kehas toimuvaid keemilisi reaktsioone, eriti sidrunhappe tsüklit, mida iga rakk kasutab ainevahetuse protsessis. Atsetüül-CoA seondub ka koliini atsetüültransferaasiga. Kui koliin jõuab lähedalasuvasse pilusse, kinnitub see atsetaatrühma külge, luues atsetüülkoliini. Koensüüm A vabaneb kõrvalsaadusena ja võib vabalt seonduda uue atsetaatrühmaga.
Tulemuseks on atsetüülkoliin. Atsetüülkoliini molekulid kogutakse sünaptilisteks vesiikuliteks, väikesteks membraanideks, millega neuron saab väljutada. Kui neuron “tuleb”, vabastab see need molekulid sünaptilisse pilusse, kus nad võivad spetsiifiliste retseptoritega kinnitudes käivitada järgmise neuroni. Atsetüülkoliin on eriti mitmekülgne neurotransmitter ja võib esile kutsuda erinevat tüüpi neuronite erinevaid toimeid.
Kolinergiline süsteem sisaldab neurotransmitterit atsetüülkoliini, retseptoreid, millega see seondub, ja neuroneid, mida need retseptorid mõjutavad. Kolinergiline süsteem on üks tähtsamaid ja paremini uuritud neurotransmissioonisüsteeme. Keha kasutab mitmesuguste funktsioonide jaoks atsetüülkoliini ja kolinergilist süsteemi. Väljaspool aju aitab see stimuleerida lihaste kontraktsioone ja reguleerida südame löögisagedust. Ajus mängib see rolli põhilistes vaimsetes protsessides, nagu mälu, õppimine ja tasu tundmine. See on ka süsteem, mida mõjutab nikotiin ja seega vastutab sigaretisõltuvuse eest.
Koliinatsetüültransferaasi toodab geen nimega CHAT. CHAT geenil on mitu erinevat versiooni, mis kõik suudavad edukalt toota koliini atsetüültransferaasi. Mõnikord aga põhjustavad selle geeni mutatsioonid kavandatud ensüümi tõhusa tootmise ebaõnnestumise. Need mutatsioonid koos koliini atsetüültransferaasi täheldatud puudulikkusega näivad olevat korrelatsioonis nii Alzheimeri tõve kui ka skisofreeniaga.