ピルビン酸キナーゼ
大腸菌Escherichia coliなど多くの腸内細菌科の生物にはPykA、PykFの2種類のアイソザイムが存在し、大腸菌では両者の同一性は37%である(Uniprot: PykA, PykF)。これらは真核生物のものと同じ反応を触媒し、すなわち解糖系の最終段階でADPとPEPからATPを産生し、この段階は生理的条件下では不可逆的である。PykFはFBPによってアロステリックに調節され、このことは細胞代謝においてPykFが中心的役割を果たしていることを反映している。大腸菌におけるPykFの転写は、グローバルな転写調節因子Cra(FruR)によって調節されている。
炭水化物応答配列結合タンパク質(ChREBP)はL型ピルビン酸キナーゼ遺伝子の転写に必要不可欠なタンパク質である。ChREBPのドメインは、グルコースとcAMPによるピルビン酸キナーゼ調節の標的部位となる。具体的には、ChREBPは高濃度のグルコースによって活性化され、cAMPによって阻害される。グルコースとcAMPは修飾酵素を介して互いに反対方向に作用する。cAMPはChREBPのSer196とThr666のリン酸化を誘導し、L型ピルビン酸キナーゼ遺伝子の転写を不活性化する。一方、グルコースはChREBPのSer196とThr666の脱リン酸化を誘導し、L型ピルビン酸キナーゼ遺伝子の転写を活性化する。このように、cAMPと過剰な炭水化物はピルビン酸キナーゼの調節に間接的な役割を果たすことが示されている。
hnRNPはPKM遺伝子に作用し、M1、M2アイソフォームの発現を調節する。PKM1とPKM2はPKM遺伝子のスプライスバリアントであり、1つのエクソンだけが異なる。低酸素条件下では、hnRNPA1やhnRNPA2などさまざまなタイプのhnRNPが核内に移行し、PKM2をアップレギュレーションするような発現調節を行う。インスリンなどのホルモンはPKM2の発現をアップレギュレーションし、トリヨードサイロニン(T3)やグルカゴンといったホルモンはPKM2をダウンレギュレーションする。
解糖系では、ピルビン酸キナーゼは2段階の反応を触媒する。まず、PEPはADPへリン酸基を転移し、ATPとピルビン酸のエノラートが形成される。続いて、ピルビン酸のエノラートにプロトンが付加され、細胞が必要とする機能的なピルビン酸が形成される。ピルビン酸キナーゼの基質は単純な糖リン酸、そして反応産物はATPであるため、ピルビン酸キナーゼは解糖サイクルの進化の基礎となった酵素である可能性があり、地球上の全ての生命でみられる最も古い酵素の1つである可能性がある。ホスホエノールピルビン酸は非生物的過程によって存在していた可能性があり、また原始的なトリオース解糖系経路において高収率で産生されることが示されている。
酵母細胞では、酵母ピルビン酸キナーゼ(YPK)とPEPやアロステリックエフェクターであるFBPとの相互作用は、Mgの存在下で強化されることが示されている。そのため、Mgはピルビン酸キナーゼによるPEPからピルビン酸への触媒の重要な補因子であると結論付けられる。