G-proteini so posebna skupina proteinov, ki sodelujejo pri prenašanju signalov in delujejo kot molekularna stikala. Celico namreč omejuje fosfolipidni dvosloj, ki mu nekemiki pravijo celična membrana. Ta odlično izolira celico od zunanjega okolja, skozi fosfolipidni dvosloj pa lahko z difuzijo prehajajo samo dovolj majhne ne preveč polarne molekule. Za transport drugih snovi skrbijo aktivni sistemi raznih črpalk. Zato celica potrebuje sistem, ki ji bo omogočal zaznavanje dogajanja v okolju. Zunanje okolje celice je lahko zunanjost organizma, kot na primer oko zaznava svetlobo, ali pa notranjost organizma, kot morajo celice v jetrih razumeti dogajanje v sosednjih celicah.
Tu na prizorišče vstopijo z G-proteini skopljeni receptorji, ki se zaradi svoje strukture imenujejo tudi 7-transmembranski proteini (v vijačnici aminokislin imajo sedem hidrofobnih segmentov, ki prav tolikokrat prečkajo celično membrano in so s tem vanjo usidrani). Teh receptorjev cela vrsta, saj zanje kodira približno tisoč genov, a vsi delujejo po enakem principu.
Lefkowitz je s svojim podoktorskim raziskovalcem Kobilko v 80. letih predstavil mehanizem, ki je danes splošno veljaven model za delovanje GPCR. Model se imenuje ternarni kompleks, saj se morajo vezati agonist izven celice (npr. nek hormon, ki do celice prinese neko sporočilo), GPCR na membrani in G-protein v notranjosti celice. Kot kemiki vemo, je naključen nastanek ternarnega kompleksa sila malo verjeten, zato je ta mehanizem še posebej pretkan. Ko se agonist veže na GPCR, mu s tem poveča afiniteto za vezavo G-proteina v notranjosti celice, in obratno; vezava G-proteina poveča afiniteto za vezavo agonista.
Bistvo je, da se signalna molekula ne prenese v celico, ampak sproži le konformacijsko spremembo G-proteina, ki se je bil vezal na GPCR (ime G-protein izvira iz dejstva, da se nanj v aktivni obliki veže gvanozin trifosfat, GTP, ali v neaktivni obliki gvanozin difosfat, GDP).
To povzroči kaskadno reakcijo. G-protein namreč po vezavi v GPCR spremeni konformacijo, tako da hitro razpade na podenoto alfa in združeni podenoti beta in gama. G-protein potem oddisociira z GPCR, ta pa ostane v aktivni obliki dovolj časa, da veže nov G-kompleks, ki spet razpade na podenote. S tem se signal kaskadno ojača, za nadaljnjo ojačitev in modulacijo signala v celici pa poskrbijo podenote, ki imajo različne funkcije. Podenota alfa na primer stimulira adenilat ciklazo, ki sintetizira ciklični adenozin monofosfat (cAMP), ki naprej nosi signal po celici. Prevajanje signala se ustavi, saj ima alfa podenota G-proteina GTPazno aktivnost. Ko se dovolj GTP hidrolizira do GDP, se tudi G-protein spremeni v neaktivno obliko (podenote se nazaj združijo) in stikalo je izključeno.
Odkritje je bilo izjemno pomembno, saj so GPCR danes tarča skoraj polovice vseh zdravilnih učinkovin. Odkritje Lefkowitza in Kobilke je postalo del kanonske biokemije, saj sta razrešila osnovni problem, kako celice zaznavajo dogajanje v okolju in kako naj reagirajo. Že precej časa se je namreč vedelo, da se to dogaja prek hormonov (npr. adrenalina), a nihče ni vedel, kako adrenalin, ki v celico nikoli ne vstopi, povzroči spremembe. Jasno je bilo, da morajo celice imeti na površju neke detektorje in stikala, nagrajenca pa sta to raziskala.
