Choline acetyltransferase เป็นเอนไซม์ที่ผลิตในสมอง เอนไซม์นี้มีหน้าที่ผลิตสารสื่อประสาท acetylcholine ซึ่งจะทำโดยการเข้าร่วมโคลีนและอะซิเตท Acetylcholine มีความสำคัญสำหรับฟังก์ชั่นเช่นการหดตัวของกล้ามเนื้อควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจและการเรียนรู้ Choline acetyltransferase ดำเนินการนี้ภายในเซลล์ประสาท cholinergic สร้างอุปทานของ acetylcholine ที่จะปล่อยเข้าสู่ synapse เมื่อเปิดใช้งานเซลล์ประสาท
เซลล์ผลิตโคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรสในเซลล์เอนโดพลาสมิกเรติเคิลที่มีอยู่ในเซลล์ของเซลล์ประสาท เมื่อมีการผลิตเอนไซม์จะเคลื่อนที่อย่างช้า ๆ ผ่าน microtubules ที่วิ่งผ่านซอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ประสาทที่สัญญาณไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่าน ในที่สุดโมเลกุลก็มาถึงขั้วซอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ประสาทที่อยู่ใกล้กับไซแนปส์มากที่สุด ที่นี่มันเริ่มผลิต acetylcholine
เอนไซม์ขนาดใหญ่ที่เรียกว่า acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) มีบทบาทสำคัญในกระบวนการ Acetyl-CoA ให้กลุ่มอะซิเตทต่อปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นทั่วร่างกายโดยเฉพาะอย่างยิ่งวัฏจักรกรดซิตริกที่ใช้โดยเซลล์ทุกเซลล์ในกระบวนการเมแทบอลิซึม Acetyl-CoA ผูกกับโคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรส เมื่อโคลีนมาถึงสล็อตใกล้เคียงมันจะติดอยู่กับกลุ่มอะซิเตทเพื่อสร้างอะซิติลโคลีน Coenzyme A ถูกปล่อยออกมาเป็นผลพลอยได้และมีอิสระที่จะผูกกับกลุ่มอะซิเตทใหม่
ผลที่ได้คือ acetylcholine โมเลกุลของ Acetylcholine จะรวมตัวกันเป็นถุง synaptic ซึ่งเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ขนาดเล็กที่เซลล์ประสาทสามารถขับออกมาได้ เมื่อ 'fires' ของเซลล์ประสาทปล่อยโมเลกุลเหล่านี้ไปยังแหว่ง synaptic ซึ่งพวกมันสามารถกระตุ้นเซลล์ประสาทถัดไปได้โดยการแนบกับตัวรับที่เฉพาะเจาะจง Acetylcholine เป็นสารสื่อประสาทเอนกประสงค์โดยเฉพาะและสามารถกระตุ้นผลกระทบที่แตกต่างจากเซลล์ประสาทชนิดต่าง ๆ
ระบบ cholinergic รวมถึงสารสื่อประสาท acetylcholine, ผู้รับที่จะผูกและเซลล์ประสาทรับผลกระทบเหล่านี้ ระบบ cholinergic เป็นหนึ่งในระบบที่สำคัญที่สุดและได้รับการศึกษาอย่างดีในการส่งผ่านสารสื่อประสาท ร่างกายใช้ acetylcholine และระบบ cholinergic เพื่อการทำงานที่หลากหลาย นอกสมองช่วยกระตุ้นการหดตัวของกล้ามเนื้อและควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจ ภายในสมองมีบทบาทในกระบวนการทางจิตขั้นพื้นฐานเช่นความจำการเรียนรู้และความรู้สึกของรางวัล นอกจากนี้ยังเป็นระบบที่ได้รับผลกระทบจากนิโคตินและรับผิดชอบต่อความแรงของการติดบุหรี่
Choline acetyltransferase ผลิตโดยยีนที่ชื่อว่า CHAT ยีน CHAT มีหลายเวอร์ชั่นแตกต่างกันซึ่งทั้งหมดนี้สามารถผลิตโคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรสได้สำเร็จ อย่างไรก็ตามบางครั้งการกลายพันธุ์ในยีนนี้ส่งผลให้ล้มเหลวในการผลิตเอนไซม์ที่ต้องการ การกลายพันธุ์เหล่านี้พร้อมกับข้อบกพร่องที่สังเกตได้ของโคลีนอะเซทิลทรานสเฟอเรสนั้นมีความสัมพันธ์กับทั้งโรคอัลไซเมอร์และโรคจิตเภท
