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研究表明，L-乳酸脫氫酶（L-LDH）和L-蘋果酸脫氫酶屬于同一家族，而D-乳酸脫氫酶（D-LDH）屬于D-2-羥酸脫氫酶家族。
D-乳酸脫氫酶
大多數D-乳酸脫氫酶催化是可逆反應，極少數不可逆；對于可逆的D-乳酸脫氫酶來說，只有環境中乳酸濃度較高時才催化逆反應，即催化乳酸合成丙酮酸，來參與細菌的代謝。
D-乳酸脫氫酶的一級結構比對表明，不同種屬的D-乳酸脫氫酶的氨基酸序列存在較大的差異，但是參與丙酮酸的結合與催化的氨基酸殘基卻十分保守。Kochhar等的研究顯示L.bulgaricus的D-乳酸脫氫酶是一個由相同亞基組成的二聚體，每個亞基由332個氨基酸殘基組成，分子量為36.8 ku，經化學修飾發現位于催化中心的三個zu氨酸（His205、His296和His303）和Asp259對底物的催化具有十分重要的作用。Kochhar等還發現，His289也參與了底物結合，但His289不是D-2-羥基酸脫氫酶家族中保守的氨基酸殘基。另外，通過對Cys殘基的化學修飾發現Cys234可能參與底物結合和催化作用，這在L.helveticus的羥基丙酮酸還原酶中也能得以證實。研究還發現L.helveticus CNRZ32 的D-乳酸脫氫酶氨基酸序列和D-2-羥基酸脫氫酶家族的D-3-磷酸甘油酸脫氫酶、羥基丙酮酸還原酶和D-2-羥基己酸脫氫酶存在很高的同源性，這也暗示了該酶是D-2-羥基酸脫氫酶家族的一個成員。Razeto等對L.bulgaricus的D-乳酸脫氫酶構象進行了研究，結果發現L. bulgaricus的D-乳酸脫氫酶是一個由兩個相同的亞基構成的不對稱酶，A亞基的酶蛋白是典型的“開放"構象，而B亞基是典型的“閉合"構象。其中NADH的結合位點主要存在于B亞基中，而在A亞基中僅有30%，同時在底物結合口袋中有一個硫酸根離子。另外，該研究還建立了丙酮酸分子在活性位點的模型。在閉合域中，存在一簇疏水的氨基酸殘基緊緊圍繞著丙酮酸分子的甲基，在這個疏水氨基酸簇中至少有三個氨基酸殘基（Tyr52、Phe299和Trp135’）決定底物的專一性。研究表明該底物結合位點有利于閉合域的穩定和酶的激活。
L-乳酸脫氫酶
大多數乳酸菌中不僅存在D-乳酸脫氫酶也存在L-乳酸脫氫酶，L-乳酸脫氫酶催化丙酮酸還原生成L-乳酸。L-乳酸脫氫酶分為兩型：一類可被FDP激活，屬于別構酶；另一類不需要FDP激活，不具有別構效應。據Hiroyuki Uchikoba報道，L.pentosus的L-乳酸脫氫酶是一個非異構酶，但是它的氨基酸序列和一些細菌的別構LDH具有很高的相似性。該酶的四聚體由相同亞基組成對稱的酶結構。它的活性構象和別構LDH的構象相似。
Kazuhito Arai等的研究表明，Lactobacillus的L-乳酸脫氫酶氨基酸序列中，Glu102、Asp197和Thr246是高度保守的，它們參與了底物的識別；另外，98-110氨基酸殘基構成了活性位點環，它們參與催化反應。Arg171的胍基和丙酮酸的羰基形成雙氫鍵，從而使丙酮酸在催化位點中處于正確的結合方向。研究表明，在L-乳酸脫氫酶的氨基酸序列中同樣存在一個與輔酶NADH結合的結構域Gly-Xaa-Gly-Xaa-Xaa-Gly-（17Xaa）-Asp，其中該結構域中的Asp決定了L-乳酸脫氫酶的輔酶是NADH，而不是NADPH4]。L.pentosus中L-乳酸脫氫酶的活性位點和其他LDH相似，包括了參與催化與底物結合的保守氨基酸殘基，如Aspl68、Argl71和Hisl955。其中，Argl71在底物的結合中起著重要作用；另外，Hisl95主要在催化過程中作為質子供體和受體。值得注意的是，雖然Bacillus 和Lactobacillus的L-乳酸脫氫酶在進化關系上存在很近的親緣關系，但是活性位點環的氨基酸殘基也存在差異，如101位Bacillus是Asn，而Lactobacillus是Pro。這表明L-乳酸脫氫酶是否來自好氧或厭氧的革蘭氏陽性菌可以由這個位置的氨基酸殘基是Asn101還是Pro101來識別。
