雖然不同種屬來源的GI 的一級結構有一定的差異，但在空間結構上具有相似性。GIase 都是非糖蛋白，一般以四聚體或二聚體形式存在。其亞基單體分子質量為19 ～ 52 kD。四聚體亞基之間都以非共價鍵相結合，無二硫鍵，二聚體之間的結合力強于二聚體內的亞基間結合力，亞基單體間符合222點群對稱分布，每個亞基單體分兩個結構域。N端的主結構域: 由8 股α /β 螺旋折疊結構圍成具有催化作用的“催化口袋”，內層由8 條平行的β 折疊片構成，外層由8 股與β 折疊片交替相鄰的α 螺旋構成，α 螺旋的肽鏈走向與β 折疊片成反平行，活性中心則位于β 折疊的近C 端口部。C 端的小結構域：由幾段α 螺旋無規則卷曲成一個遠離N 端的不規則環狀結構，該結構域參與亞基間的相互作用及活性中心的構建。
四聚體葡萄異構酶有4 個活性中心，呈口袋狀，活性中心位于亞基催化域β 桶的近C 端口部。每個活性中心由2 個相鄰亞基構成，包含2 個二價金屬離子結合位點，以及與底物結合和催化過程相關的保守殘基。