哺乳動物中的脂肪酸合酶含有兩個等同的多功能單鏈（形成同源二聚體），每一條氨基酸鏈的N端區域含有三個催化結構域（酮脂酰合成酶、脫水酶和單酰/乙酰轉移酶]]），而C端區域則含有四個結構域（醇還原酶、酮脂酰還原酶、酰基載體蛋白和硫酯酶），這兩個區域被中間600個氨基酸殘基組成的核心區域所分隔。
脂肪酸合酶組構的傳統模型（“頭對尾”模型）大部分是基于雙功能試劑1,3-dibromopropanone（DBP）能夠將一個脂肪酸合酶單體上的酮脂酰合成酶結構域活性位點上的半胱氨酸（Cys161）的巰基和另一個單體上的載體蛋白結構域中的磷酸泛酰巰基乙胺輔基聯接在一起的現象。
但對脂肪酸合酶二聚體所進行的突變研究發現酮脂酰合成酶和單酰/乙酰轉移酶結構域可以與二聚體中任何一個單體上的載體蛋白共同作用； 而對于DBP聯接實驗結果的再分析顯示酮脂酰合成酶的活性位點Cys161的巰基可以被聯接到任一單體中載體蛋白4'-磷酸泛酰巰基乙胺的巰基上。而且，發現只含有一個完整單體的異源二聚化的脂肪酸合酶能夠進行棕櫚酸酯的合成。 以上的這些實驗結果與之前的“頭對尾”模型并不相符，于是另一個模型被提出：兩個單體上的酮脂酰合成酶和單酰/乙酰轉移酶結構域位于接近脂肪酸合酶二聚體中心的位置，在這一位置上，它們能夠與任一單體中的載體蛋白接觸。