GABA对中枢神经元有普遍性抑制作用。1963年曾有人提出，GABA能作用于突触前神经末梢，减少兴奋性递质的释放，从而引起抑制。这种效应称为突触前抑制(presynaptic inhibition)。GABA在脊髓中的作用就是以突触前抑制为主。在脑内则GABA主要是引起突触后抑制(postsynaptic inhibition)。睡眠时皮层释放GABA增多，因此有人认为GABA可能与睡眠、觉醒的生理机能有关。
图14-2b GAD和GABA-T的作用
在神经元胞体和突触(synapse)的线粒体内含有大量的γ-氨基丁酸转氨酶(GABA-T)，它可催化GABA与α酮戊二酸之间的转氨作用，生成琥珀酸半醛(succinic acid semialdehyde)和谷氨酸。这可看作是GABA灭活的一种方式。GABA-T也是需要磷酸吡哆醛作辅酶，但与GAD比较，它同磷酸吡哆醛的亲和力大，所以当体内维生素B6缺乏时，主要影响GAD的活性。例如，使用异烟肼治疗结核病时，由于异烟肼能与维生素B6(吡哆醛)结合成异烟腙(isoniazone)，加速维生素B6从尿中排泄，引起脑组织内维生素B6浓度下降，GAD活性亦下降，结果GABA的合成受阻，容易使中枢过度兴奋而发生抽搐等症状。所以长期使用异烟肼时应合并使用维生素B6。此外，临床上对于惊厥、妊娠呕吐的病人，也常使用维生素B6，其道理也是提高脑组织内GAD的活性，使GABA生成增多，中枢抑制相对加强。
GABA经转氨作用后的产物琥珀酸半醛可脱氢生成琥珀酸，后者进入三羧酸循环而被氧化利用。因此，与脑组织中的三羧酸循环相连系，存在着一条GABA代谢旁路(GABa shunt)。
谷氨酸脱羧酶与γ-氨基丁酸转氨酶的协同作用对保持脑中GABA一定浓度有重要意义。两种酶的最适pH不同，GAD的最适pH为6.5，而GABA-T则为pH8.2。由此可见，脑细胞内pH稍有变动就可明显改变这两种酶的活性对比。当酸中毒时，脑中GAD活性增强而GABA-T活性减弱，可致脑中GABA水平上升，呈现中枢抑制;反之，当碱中毒时脑中GABA-T活性增强而GAD活性减弱，脑中GABA水平下降，易于发生痉挛。
尚须指出，谷氨酸对神经中枢有兴奋作用，而其脱羧产物GABA却有抑制作用，所以谷氨酸的代谢与中枢的兴奋和抑制调节有关。此外，通过GABA代谢旁路，也把脑的氧化代谢与兴奋抑制功能联系起来了。