A família de cistinationinaβ-sintase (CBS)-par mediadores divalentes de transporte de cátions metálicos (CNNMs) é composta de quatro proteínas de membrana integral associadas ao transporte de Mg2+. Estruturalmente, os CNNMs contêm grandes regiões citosólicas compostas por um par CBS e um domínio de homologia de ligação cíclica de nucleotídeos (CNBH). Como estes regulam a atividade de transporte do Mg2+ é desconhecida. Aqui, nós determinamos as estruturas cristalinas dos fragmentos citosólicos em duas conformações: Mg2+-ATP-análogo ligado e livre de ligantes. As estruturas revelam conformações abertas e fechadas com contatos funcionalmente importantes não observados em estruturas dos domínios individuais. Também identificamos uma segunda região de Mg2+- ligante no domínio CBS-pair e uma interface de dimerização diferente para o domínio CNBH. Experimentos analíticos de ultracentrifugação e calorimetria isotérmica de titulação revelaram uma estreita correlação entre a ligação Mg2+-ATP e a dimerização de proteínas. Mutações que bloquearam qualquer uma das funções impediram a atividade do efluxo de Mg2+ celular. Os resultados sugerem que o Mg2+ efflux é regulado por mudanças conformacionais associadas com a ligação do Mg2+-ATP aos domínios CBS-pair da CNNM.