代謝機理
Chubbe等的研究證明，AchE具有羧肽酶和氨肽酶的活性。在體外，AchE能水解腦啡肽（Enk）和P物質（SP），但不能水解生長抑素（Som）和血管加壓素（VSP）等。
進一步的研究證明，AchE作為肽酶，其水解肽的活性部位和作為酯酶的活性部位不同。值得注意的是，神經系統許多非膽堿能的，含大量AchE的神經元同時亦含有各種神經肽類物質。如脊髓背根節的SP能細胞即是AchE強陽性。
最近的研究顯示，高度純化的來自電鳗電器官或牛血清的AchE具有蛋白酶樣或外切酶的活性。對于血清蛋白質，AchE能發揮C端殘基的清除作用。
此外，AchE的蛋白酶樣作用還得到分子生物學證據的支持，氨基酸分析顯示，AchE蛋白質分子與蛋白酶樣内切酶以及血清羧肽酶的氨基酸序列相似。在它們的C端36個殘基範圍内，有40%氨基酸序列和蛋白酶的活性片段相同。
生物效應
樹突/胞體釋放是神經分泌的一種特殊形式。黑質多巴胺神經元屬非膽堿能，似乎很少接受膽堿能傳入投射，但黑質細胞内含有大量AchE。
研究發現，腦内的AchE可以有膜結合型和非膜結合型（可溶的）兩種形式，黑質多巴胺能神經元的樹突或胞體能夠将AchE（可溶型）分泌到細胞外液中，稱為AchE樹突釋放現象。顯然，AchE的樹突釋放現象和Ach的釋放無關。因為應用膽堿能阻斷劑或拮抗劑并不能影響AchE的樹突釋放。
同時，AchE在腦室内的分布以及腦脊液中的含量都和Ach不一緻，由于電鏡觀察在黑質内沒有發現樹樹突觸的存在，所以黑質内經樹突或胞體釋放出的物質能相對自由的擴散。
因此，在黑質AchE可能發揮一種非突觸性的調節作用，以調節黑質一紋狀體投射神經元的胞體對其遠端樹突傳入信号的敏感性。
電生理效應及行為效應
研究發現細胞外AchE能改變黑質多巴胺神經元的電活性及動物的運動行為。大劑量應用時，AchE抑制黑質多巴胺能細胞的自發放電，但在生理學劑量時它能增加黑質細胞的放電頻率。
Creenfield通過體外培養細胞内記錄方式發現在灌流中加入AchE能引起黑質細胞膜的顯着超極化，并伴有膜輸入電阻的降低，用不可逆性的膽堿酯酶抑制劑蘇曼（soman）預先處理AchE，然後将其加入腦片培養液中，不能改變AchE對膜的電學性質的影響。
上述實驗表明，AchE對黑質多巴胺能神經元膜有電學特性的作用與AchE水解Ach作用無關，并還具有高度結構特異性。應用微電極直接将AchE注射到大鼠的黑質内，結果引起大鼠的運動行為改變，表現為行動遲緩和木僵狀态。
一次AchE注射後大鼠的行為變化可持續相當長的時間，其機制尚不清楚。推測在生理狀态下，AchE從黑質多巴胺能細胞的樹突釋放後，能對其本身和鄰近細胞的生理活動産生一定影響，這可能是一種新的神經元之間局部聯系或自身後饋調節的方式。
作用
生化分析和組織化學研究提示，在發育過程中，AchE與神經細胞的增殖和神經元突起的長出有關，由于在發育過程中AchE出現，在不同類型細胞發育的相同時相，而AchE的出現時期正好和細胞的增殖，遷移，突起的長出時間及突觸建立的早期階段一緻。
總之，到目前為止，盡管缺乏直接的證據，但越來越多的研究結果支持這樣的推測，在神經發育過程中，AchE可能作為一種特異的神經分泌蛋白，在細胞内或分泌到細胞外調節神經元的增殖和突起的長出。
神經損傷和再生是非常複雜的過程，受許多内外因素的調節和影響。已知神經損傷早期AchE在神經元胞體和近端軸突内的活性增強。
在研究AchE和神經再生的關系，有人用不可逆的AchE抑制劑DFP慢性處理坐骨神經損傷大鼠，結果明顯削弱了神經再生的能力。
DFP影響神經再生的确切機制還不清楚，一種可能就是AchE有促進神經再生的作用，而DFP作為有機磷毒劑和AchE的蛋白質分子不可逆的結合，阻了AchE在神經再生中的作用。
衆所周知，外周神經較中樞神經有更強的再生能力。醫學發現，中樞神經組織也有一定的再生能力，尤其是那些種系發生上較為古老的纖維，如隔一海馬通路，下丘腦一垂體纖維以及中樞的單胺能通路。
值得注意的是，這些神經纖維或細胞體内部都含有高水平的AchE。結合AchE與神經元發育，突起長出以及它和神經再生的關系，提出AchE不僅參與膽堿能神經遞質的傳遞，還具有調節和促進神經組織的發育和神經再生的神經營養因子樣作用。
水解過程
AchE的陰離子部位通過靜電引力與Ach分子中的季铵陽離子頭部結合，同時酶的酯解部位的絲氨酸的羟基與Ach分子的羰基以共價鍵形式結合，形成Ach-AchE複合物。
Ach的酯鍵斷裂，生成膽堿和乙酰化膽堿酯酶。
乙酰化膽堿酯酶迅速水解，酶的活性恢複。
