โครงสร้างของ G protein-coupled receptor ทั่วไปซึ่งเป็นโปรตีนกลัวน้ำผ่านข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ 7 โดเมนซึ่งมีรูปเกลียว (seven-transmembrane helix structure) แผนภาพสองมิติของ GPCR ทั่วไปใน Lipid Raft

เหมือนกับ G protein-coupled receptor (GPCR) อื่น ๆ หน่วยรับกลิ่นมีบริเวณไม่ชอบน้ำ 7 บริเวณที่น่าจะใช้เป็นโดเมนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ (transmembrane domain) ซึ่งมีรูปเกลียว (helix) งานศึกษา GPCR แสดงนัยว่า การผสมรวมกันของโดเมนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์จะสร้าง "กระเป๋า" ที่เป็นจุดยึดกับโมเลกุลกลิ่น และเนื่องจากลำดับกรดอะมิโนของโดเมนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์หลายตัวมีความหลากหลายมาก นักวิชาการจึงเชื่อว่า นี่อาจเป็นเป็นมูลฐานให้เกิดความหลากหลายของกระเป๋าที่สามารถจับกับลิแกนด์กลิ่นต่าง ๆ ได้[4]

ความรู้เรื่องลำดับโปรตีนหลัก ๆ ของหน่วยรับกลิ่นเป็นพัน ๆ ได้มาจากการศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตมากกว่าโหลถึงแม้โดยเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2016 ก็ยังไม่มีการแสดงโครงสร้างของ OR ให้ชัดเจนเหมือนกับ GPCR ๆ อื่น ยังไม่มีการแสดงโครงสร้างของหน่วยรับกลิ่นในระดับอะตอม และข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างทั้งหมดก็มาจากแบบจำลองโดย homology modeling[13]คือลำดับโปรตีนของหน่วยรับกลิ่นจะเป็นเหมือนกับ class A GPCR ซึ่งอาจใช้จำลองโครงสร้างของหน่วยรับกลิ่นได้[14]

งานศึกษาปี 2015 แสดงว่า กลไกของการรู้จักลิแกนด์แม้จะเหมือนกับ class A GPCR ที่ไม่ได้เป็นตัวรับกลิ่นอื่น ๆ แต่ก็ยังต้องอาศัยโปรตีนที่เฉพาะกับหน่วยรับกลิ่นเท่านั้น โดยเฉพาะในโดเมนรูปเกลียวที่หก[15]

มีลำดับโปรตีนที่เหมือนกันอย่างยิ่งใน 3/4 ของ OR ทั้งหมดที่เป็นจุดยึดไอออนโลหะแบบมีสามขา[16]นักวิชาการจึงเสนอสมมติฐานว่า OR จริง ๆ เป็น metalloprotein (น่าจะประกอบด้วยไออนสังกะสี ทองแดง และอาจจะแมงกานีส) ที่ทำหน้าที่เป็นจุดยึดโมเลกุลกลิ่นหลายอย่างโดยเป็น Lewis acid siteงานปี ค.ศ. 1978 ได้เสนอว่า Cu (I) มีโอกาสเป็น metallo-receptor site ของระบบรู้กลิ่นมากที่สุด สำหรับสารระเหยกลิ่นแรงซึ่งเป็นลิแกนด์ที่สามารถจับกับโลหะโดย coordinate covalent bond ได้ดีด้วย (เช่น thiol)[17]

ต่อมางานศึกษาปี 2012 ก็ได้ให้หลักฐานกับสมมติฐานนี้สำหรับ OR ของหนูในกรณีเฉพาะ คือ MOR244-3 โดยแสดงว่า ทองแดงเป็นส่วนประกอบสำคัญในการตรวจจับ thiol และสารประกอบที่มีกำมะถันบางอย่างคือเมื่อใช้สารเคมีจับกับทองแดงในจมูกหนูเพื่อไม่ให้หน่วยรับความรู้สึกมีใช้ ผู้ทำงานวิจัยก็ได้พบว่า หนูไม่สามารถตรวจจับ thiole ได้แต่ผู้ทำงานวิจัยนี้ก็พบด้วยว่า MOR244-3 ไม่มีจุดยืดไอออนโลหะโดยเฉพาะดังที่เสนอโดยสมมติฐาน แต่กลับมีลักษณะที่ต่างกันใน EC2 domain[18]

กลไกการทำงานของ G-protein-coupled receptor ซึ่งคล้ายกับของหน่วยรับกลิ่น ให้เปลี่ยน "Hormone" เป็น "กลิ่น"