No sistema nervoso parassimpático, o neurotransmissor que atua é a acetilcolina (Ach). A Ach atua em dois tipos de receptores: receptores nicotínicos e receptores muscarínicos. A Ach é produzida dentro de um neurônio colinérgico, onde ocorre ligação de uma molécula de acetil-Coa (vindo da mitocôndria) e colina. Ela é sintetizada e, então, armazenada em vesículas dentro do próprio neurônio. Quando necessário, ela é liberada, por meio do processo de exocitose de vesículas, o qual envolve diversas substâncias, dentre elas o íon cálcio. A Ach é, então, liberada na fenda sináptica. Depois, se liga a um determinado receptor e, então, desempenha suas ações. Esses receptores podem ser pré-sinápticos. Por exemplo, o receptor muscarínico 2 (M2) pode ser pré-sináptico, e sua ativação inibe a liberação de Ach.
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