代谢机理
Chubbe等的研究证明，AchE具有羧肽酶和氨肽酶的活性。在体外，AchE能水解脑啡肽（Enk）和P物质（SP），但不能水解生长抑素（Som）和血管加压素（VSP）等。
进一步的研究证明，AchE作为肽酶，其水解肽的活性部位和作为酯酶的活性部位不同。值得注意的是，神经系统许多非胆碱能的，含大量AchE的神经元同时亦含有各种神经肽类物质。如脊髓背根节的SP能细胞即是AchE强阳性。
最近的研究显示，高度纯化的来自电鳗电器官或牛血清的AchE具有蛋白酶样或外切酶的活性。对于血清蛋白质，AchE能发挥C端残基的清除作用。
此外，AchE的蛋白酶样作用还得到分子生物学证据的支持，氨基酸分析显示，AchE蛋白质分子与蛋白酶样内切酶以及血清羧肽酶的氨基酸序列相似。在它们的C端36个残基范围内，有40%氨基酸序列和蛋白酶的活性片段相同。
生物效应
树突/胞体释放是神经分泌的一种特殊形式。黑质多巴胺神经元属非胆碱能，似乎很少接受胆碱能传入投射，但黑质细胞内含有大量AchE。
研究发现，脑内的AchE可以有膜结合型和非膜结合型（可溶的）两种形式，黑质多巴胺能神经元的树突或胞体能够将AchE（可溶型）分泌到细胞外液中，称为AchE树突释放现象。显然，AchE的树突释放现象和Ach的释放无关。因为应用胆碱能阻断剂或拮抗剂并不能影响AchE的树突释放。
同时，AchE在脑室内的分布以及脑脊液中的含量都和Ach不一致，由于电镜观察在黑质内没有发现树树突触的存在，所以黑质内经树突或胞体释放出的物质能相对自由的扩散。
因此，在黑质AchE可能发挥一种非突触性的调节作用，以调节黑质一纹状体投射神经元的胞体对其远端树突传入信号的敏感性。
电生理效应及行为效应
研究发现细胞外AchE能改变黑质多巴胺神经元的电活性及动物的运动行为。大剂量应用时，AchE抑制黑质多巴胺能细胞的自发放电，但在生理学剂量时它能增加黑质细胞的放电频率。
Creenfield通过体外培养细胞内记录方式发现在灌流中加入AchE能引起黑质细胞膜的显着超极化，并伴有膜输入电阻的降低，用不可逆性的胆碱酯酶抑制剂苏曼（soman）预先处理AchE，然后将其加入脑片培养液中，不能改变AchE对膜的电学性质的影响。
上述实验表明，AchE对黑质多巴胺能神经元膜有电学特性的作用与AchE水解Ach作用无关，并还具有高度结构特异性。应用微电极直接将AchE注射到大鼠的黑质内，结果引起大鼠的运动行为改变，表现为行动迟缓和木僵状态。
一次AchE注射后大鼠的行为变化可持续相当长的时间，其机制尚不清楚。推测在生理状态下，AchE从黑质多巴胺能细胞的树突释放后，能对其本身和邻近细胞的生理活动产生一定影响，这可能是一种新的神经元之间局部联系或自身后馈调节的方式。
作用
生化分析和组织化学研究提示，在发育过程中，AchE与神经细胞的增殖和神经元突起的长出有关，由于在发育过程中AchE出现，在不同类型细胞发育的相同时相，而AchE的出现时期正好和细胞的增殖，迁移，突起的长出时间及突触建立的早期阶段一致。
总之，到目前为止，尽管缺乏直接的证据，但越来越多的研究结果支持这样的推测，在神经发育过程中，AchE可能作为一种特异的神经分泌蛋白，在细胞内或分泌到细胞外调节神经元的增殖和突起的长出。
神经损伤和再生是非常复杂的过程，受许多内外因素的调节和影响。已知神经损伤早期AchE在神经元胞体和近端轴突内的活性增强。
在研究AchE和神经再生的关系，有人用不可逆的AchE抑制剂DFP慢性处理坐骨神经损伤大鼠，结果明显削弱了神经再生的能力。
DFP影响神经再生的确切机制还不清楚，一种可能就是AchE有促进神经再生的作用，而DFP作为有机磷毒剂和AchE的蛋白质分子不可逆的结合，阻了AchE在神经再生中的作用。
众所周知，外周神经较中枢神经有更强的再生能力。医学发现，中枢神经组织也有一定的再生能力，尤其是那些种系发生上较为古老的纤维，如隔一海马通路，下丘脑一垂体纤维以及中枢的单胺能通路。
值得注意的是，这些神经纤维或细胞体内部都含有高水平的AchE。结合AchE与神经元发育，突起长出以及它和神经再生的关系，提出AchE不仅参与胆碱能神经递质的传递，还具有调节和促进神经组织的发育和神经再生的神经营养因子样作用。
水解过程
AchE的阴离子部位通过静电引力与Ach分子中的季铵阳离子头部结合，同时酶的酯解部位的丝氨酸的羟基与Ach分子的羰基以共价键形式结合，形成Ach-AchE复合物。
Ach的酯键断裂，生成胆碱和乙酰化胆碱酯酶。
乙酰化胆碱酯酶迅速水解，酶的活性恢复。
