天然產(chǎn)物生物合成過程中的羥基化反應(yīng)主要由血紅素依賴的P450氧化酶和α-酮戊二酸依賴的非血紅素氧化酶2-ODOs（2-oxoglutarate / FeⅡ-dependent oxidases）所催化。典型的酶催化羥基化反應(yīng)機(jī)理，由P450卟啉環(huán)中的porphyrin?+-Fe(IV)=O或2-ODOs中的Fe(IV)=O從底物中攫取一個(gè)質(zhì)子形成卟啉Fe(IV)-OH或Fe(III)-OH，隨后遵循經(jīng)典的“羥基回彈”理論，鐵氧物種的羥基自由基（HO?）回彈到底物自由基上，形成羥化產(chǎn)物。迄今為止，所有報(bào)道叔碳中心的酶促羥基化反應(yīng)，其立體構(gòu)型都是保持不變的。
近日，上海中醫(yī)藥大學(xué)林國(guó)強(qiáng)院士團(tuán)隊(duì)賀慶利研究員、趙群飛副研究員與中山大學(xué)佘志剛教授合作，在解析中藥秋茄內(nèi)生真菌Aspergillus sp. SK-28中的環(huán)二肽化合物Brevianamide K的生物合成途徑過程中，發(fā)現(xiàn)首例α-酮戊二酸依賴的氧化酶AspE催化叔碳中心立體構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的羥化反應(yīng)。 以3,6-二烯-2,5-二酮哌嗪結(jié)構(gòu)（3,6-diene-2,5-diketopiperazines, 3,6-DE-2,5-DKPs）為核心骨架的天然產(chǎn)物在自然界中廣泛分布，但其在真菌中的生物合成機(jī)制還未被闡明。通過異源表達(dá)和體外生化研究發(fā)現(xiàn)，真菌來源Brevianamide K的3,6-DE-2,5-DKP骨架的生物合成途徑與細(xì)菌不同，其在α-酮戊二酸依賴的氧化酶（AspE）和P450酶（AspF）的催化以及隨后的脫水作用下形成了3,6-DE-2,5-DKPs骨架結(jié)構(gòu)。 有意思的是，α-酮戊二酸依賴的氧化酶AspE催化(+)-Brevianamide V產(chǎn)生(-)-Brevianamide Q，出乎意料，其立體構(gòu)型發(fā)生翻轉(zhuǎn)。通過分子對(duì)接、關(guān)鍵氨基酸突變及同位素喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，作者推測(cè)AspE的Fe(IV)=O從底物中攫取一個(gè)氫原子后形成Fe(III)-OH，底物再轉(zhuǎn)移一個(gè)電子到Fe(III)-OH，形成底物亞胺陽離子中間體和Fe(II)-OH，隨后水分子從反面親核進(jìn)攻實(shí)現(xiàn)了底物構(gòu)型的翻轉(zhuǎn)。 該工作中首次發(fā)現(xiàn)并提出酶催化的構(gòu)型翻轉(zhuǎn)的羥化機(jī)制，突破了經(jīng)典對(duì)羥化酶“羥基回彈”機(jī)制的認(rèn)知，為設(shè)計(jì)生物合成含有不同手性羥基中心的天然產(chǎn)物提供了新的工具和思路。 論文信息 Hydroxylation with Unusual Stereoinversion Catalyzed by an FeII/2-OG Dependent Oxidase and 3,6-Diene-2,5-diketopiperazine Formation in the Biosynthesis of Brevianamide K Zhuo-Zheng Xu, Zheng Zhuang, Runlin Cai, Guo-Qiang Lin, Zhigang She, Qunfei Zhao, and Qing-Li He Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202216989
