The three-dimensional structure of acetylcholinesterase from Torpedo californica electric organ has been determined by x-ray analysis to 2.8 angstrom resolution. The form crystallized is the glycolipid-anchored homodimer that was purified subsequent to solubilization with a bacterial phosphatidylinositol-specific phospholipase C. The enzyme monomer is an α/β protein that contains 537 amino acids. It consists of a 12-stranded mixed β sheet surrounded by 14 α helices and bears a striking resemblance to several hydrolase structures including dienelactone hydrolase, serine carboxypeptidase-II, three neutral lipases, and haloalkane dehalogenase. The active site is unusual because it contains Glu, not Asp, in the Ser-His-acid catalytic triad and because the relation of the triad to the rest of the protein approximates a mirror image of that seen in the serine proteases. Furthermore, the active site lies near the bottom of a deep and narrow gorge that reaches halfway into the protein. Modeling of acetylcholine binding to the enzyme suggests that the quaternary ammonium ion is bound not to a negatively charged "anionic" site, but rather to some of the 14 aromatic residues that line the gorge.

We have identified a new protein fold—the α/β hydrolase fold—that is common to several hydrolytic enzymes of widely differing phylogenetic origin and catalytic function. The core of each enzyme is similar: an α/β sheet, not barrel, of eight β-sheets connected by α-helices. These enzymes have diverged from a common ancestor so as to preserve the arrangement of the catalytic residues, not the binding site. They all have a catalytic triad, the elements of which are borne on loops which are the best-conserved structural features in the fold. Only the histidine in the nucleophile-histidine-acid catalytic triad is completely conserved, with the nucleophile and acid loops accommodating more than one type of amino acid. The unique topological and sequence arrangement of the triad residues produces a catalytic triad which is, in a sense, a mirror-image of the serine protease catalytic triad. There are now four groups of enzymes which contain catalytic triads and which are related by convergent evolution towards a stable, useful active site: the eukaryotic serine proteases, the cysteine proteases, subtilisins and the α/β hydrolase fold enzymes.

Voltage dependent potassium channels (Kvs) gate in response to changes in electrical membrane potential by coupling a voltage-sensing module with a K+ - selective pore. Animal toxins targeting Kvs are classified to "pore-blockers" that physically plug the ion conduction pathway and "gating modifiers" that disrupt voltage sensor movements. A third group of toxins blocks K+ conduction by an unknown mechanism via binding to the channel turrets. Here we show that Cs1, a peptide toxin isolated from cone snail venom, binds at the turrets of Kv1.2 and targets a network of hydrogen bonds that govern water access to the peripheral cavities that surround the central pore. The resulting ectopic water flow triggers an asymmetric collapse of the pore by a process resembling that of inherent slow inactivation. Pore modulation by animal toxins exposes the peripheral cavity of K+ channels as a novel pharmacological target and provides a rational framework for drug design.