Reseptor terhubung protein G
tujuh heliks transmembran membentuk rongga di dalam membran plasma yang melayani domain pengikat ligan yang sering dicakup oleh EL-2. Ligan juga dapat mengikat di tempat lain, seperti halnya ligan meruah (misalnya protein atau peptida besar), yang berinteraksi dengan lengkung ekstraseluler, atau seperti diilustrasikan oleh reseptor metabotropik glutamat kelas C (mGluRs) berikatan
pada ekor ujung N. GPCR kelas C dibedakan oleh ekor ujung N yang besar, yang juga mengandung domain pengikat ligan. Setelah mengikat glutamat ke mGluR, ekor ujung N mengalami perubahan konformasi yang mengarah pada interaksinya dengan residu lengkung ekstraseluler dan domain TM. Efek akhirnya dari ketiga jenis aktivasi yang diinduksi agonis yaitu perubahan orientasi relatif
heliks TM (disamakan dengan gerakan memutar) yang mengarah ke permukaan intraseluler yang lebih luas dan "pembukaan" residu dari heliks intraseluler dan domain penting TM untuk menandai fungsi transduksi (yaitu kopling protein G). Agonis terbalik dan antagonis juga dapat berikatan dengan sejumlah situs yang berbeda, tetapi efek akhirnya yaitu pencegahan reorientasi heliks TM ini.
Struktur ekor ujung N dan C GPCRs juga dapat melayani fungsi-fungsi penting di luar pengikatan ligan. Sebagai contoh, ujung C dari reseptor muskarinik M3 cukup, dan enam asam amino polibasa (KKKRRK) domain di ujung C diperlukan untuk pre-penyusunan dengan protein Gq. Secara khusus, ujung C sering mengandung residu serin (Ser) atau treonin (Thr) yang, ketika difosforilasi, meningkatkan afinitas
permukaan intraseluler untuk pengikatan protein perancah yang disebut -arrestin (-arr). Setelah terikat, -arrestin keduanya secara sterik mencegah berikatan dengan protein G dan dapat merekrut protein lain, yang mengarah pada pembentukan kompleks pensinyalan yang terlibat dalam aktivasi jalur sinyal-sinyal kinase (ERK) ekstraseluler yang diatur atau reseptor endositosis
(internalisasi). Karena fosforilasi residu Ser dan Thr ini sering terjadi sebagai akibat dari aktivasi GPCR, pelepasan protein G dimediasi -arrestin, dan internalisasi GPCR adalah mekanisme penting desensitisasi. Selain itu, "mega-kompleks" yang diinternalisasi terdiri dari GPCR tunggal, -arrestin (dalam konformasi ekor), dan protein G heterotrimerik ada dan dapat menjelaskan pensinyalan protein dari endosom.
Tema struktural umum terakhir di antara GPCR adalah palmitoilasi dari satu atau lebih situs dari ujung C atau lengkung intraseluler. Palmitoilasi adalah modifikasi kovalen residu sistein (Cys) melalui penambahan gugus asil hidrofobik, dan memiliki efek menargetkan reseptor terhadap mikrodomain kaya kolesterol dan sfingolipid dari membran plasma yang disebut rakit lipid. Karena banyak molekul
transduser hilir dan efektor GPCR (termasuk yang terlibat dalam jalur umpan balik negatif) juga ditargetkan untuk rakit lipid, hal ini memiliki efek memfasilitasi pensinyalan reseptor cepat.
GPCR merespons sinyal ekstraseluler yang dimediasi oleh beragam agonis, mulai dari protein hingga amina biogenik hingga proton, tetapi semua mentransduksi sinyal ini melalui mekanisme penggandengan protein G. Hal ini dimungkinkan oleh domain guanine-nucleotide exchange factor (GEF) yang utamanya dibentuk oleh kombinasi IL-2 dan IL-3 bersama dengan residu berdekatan dari heliks TM terkait.
Reseptor terhubung protein G diaktifkan oleh sinyal eksternal dalam bentuk ligan atau mediator sinyal lainnya. Hal ini menciptakan perubahan konformasi pada reseptor, menyebabkan aktivasi protein G. Efek lebih lanjut tergantung pada jenis protein G. Protein G kemudian dinonaktifkan oleh protein pengaktif GTPase, yang dikenal sebagai protein RGS.
GPCR meliputi satu atau lebih reseptor untuk ligan berikut: mediator sinyal sensorik (misalnya, molekul stimulasi cahaya dan penciuman); adenosin, bombesin, bradikinin, endotelin, asam -aminobutirat (GABA), faktor pertumbuhan hepatosit (HGF), melanokortin, neuropeptida Y, peptida opioid, opsins, somatostatin, GH, tachykinin, anggota vasoaktif, anggota famili dan
vasopeptida; amina biogenik (misalnya dopamin, epinefrin norepinefrin, histamin, serotonin, dan melatonin); glutamat (efek metabotropik); glukagon; asetilkolin (efek muskarinik); kemokin; mediator lipid dari peradangan (misalnya, prostaglandin, prostanoid, faktor pengaktif trombosit, dan leukotrien); hormon peptida (misalnya, kalsitonin, C5 a Anafilatoksin,
follicle-stimulating hormone [ FSH], gonadotropin-releasing hormone [GnRH], neurokinin, tiroliberin [TRH], dan oksitosin); dan endocannabinoid.
GPCR yang bertindak sebagai reseptor untuk rangsangan yang belum diidentifikasi dikenal sebagai reseptor orphan.
Namun, dalam jenis reseptor lain yang telah dipelajari, dimana ligan mengikat secara eksternal ke membran, ligan GPCR biasanya mengikat dalam domain transmembran. Namun, reseptor yang diaktifkan protease diaktifkan oleh pembelahan bagian dari domain ekstraseluler mereka.
Transduksi sinyal melalui membran oleh reseptor tidak sepenuhnya dipahami. Diketahui bahwa dalam keadaan tidak aktif, GPCR terikat pada kompleks protein G heterotrimerik. Pengikatan agonis dengan GPCR menghasilkan perubahan konformasi pada reseptor yang ditransmisikan ke subunit G terikat dari protein G heterotrimerik melalui dinamika domain protein. Subunit G yang diaktifkan menukar GTP menggantikan GDP yang
pada gilirannya memicu disosiasi subunit G dari dimer G dan dari reseptor. Subunit G  dan G terdisosiasi berinteraksi dengan protein intraseluler lainnya untuk melanjutkan kaskade transduksi sinyal sementara GPCR yang dibebaskan dapat berevolusi menjadi protein G heterotrimerik lain untuk membentuk kompleks baru yang siap untuk memulai putaran transduksi sinyal lainnya.
Diyakini bahwa molekul reseptor ada dalam kesetimbangan konformasi antara keadaan biofisik aktif dan tidak aktif. Pengikatan ligan dengan reseptor dapat menggeser kesetimbangan menuju keadaan reseptor aktif. Ada tiga jenis ligan: Agonis adalah ligan yang menggeser keseimbangan demi keadaan aktif; agonis terbalik adalah ligan yang menggeser
kesetimbangan untuk keadaan tidak aktif; dan antagonis netral adalah ligan yang tidak memengaruhi kesetimbangan. Belum diketahui bagaimana sebenarnya keadaan aktif dan tidak aktif berbeda satu sama lain.
Ketika reseptor tidak aktif, domain GEF mungkin terikat pada subunit  yang tidak aktif dari protein G heterotrimerik. Protein G ini adalah trimer dari subunit , , dan  (masing-masing dikenal sebagai G, G, dan G) yang dibuat tidak aktif ketika secara reversibel terikat dengan Guanosine diphosphate (GDP) (atau kemungkinan lain, tanpa nukleotida guanin) tetapi
aktif ketika terikat dengan guanosine trifosfat (GTP). Pada saat aktivasi reseptor, domain GEF, pada gilirannya, secara alosterik mengaktifkan protein G dengan memfasilitasi pertukaran molekul GDP untuk GTP di subunit  dari protein G. Sel mempertahankan rasio 10: 1 dari GTP sitosolik:GDP sehingga pertukaran untuk GTP terjamin. Pada titik ini, subunit dari protein G berdisosiasi dari
reseptor, serta satu sama lain, untuk menghasilkan monomer G-GTP dan dimer G yang berinteraksi erat, yang sekarang bebas untuk memodulasi aktivitas protein intraseluler lainnya. Sejauh mana mereka dapat berdifusi, bagaimanapun, terbatas karena palmitoilasi G dan adanya gugus isoprenoid yang secara kovalen ditambahkan ke ujung C G.
Karena G juga memiliki kemampuan hidrolisis GTP  GDP yang lambat, bentuk subunit  (G-GDP) yang tidak aktif pada akhirnya diregenerasi, sehingga memungkinkan pengikatan kembali dengan dimer G form untuk membentuk protein G "istirahat", yang dapat kembali mengikat ke GPCR dan menunggu aktivasi. Tingkat hidrolisis GTP sering dipercepat karena aksi famili lain dari protein modulasi