天然产物生物合成过程中的羟基化反应主要由血红素依赖的P450氧化酶和α-酮戊二酸依赖的非血红素氧化酶2-ODOs（2-oxoglutarate / Fe^Ⅱ-dependent oxidases）所催化。典型的酶催化羟基化反应机理，由P450卟啉环中的porphyrin•+-Fe(IV)=O或2-ODOs中的Fe(IV)=O从底物中攫取一个质子形成卟啉Fe(IV)-OH或Fe(III)-OH，随后遵循经典的“羟基回弹”理论，铁氧物种的羟基自由基（HO•）回弹到底物自由基上，形成羟化产物。迄今为止，所有报道叔碳中心的酶促羟基化反应，其立体构型都是保持不变的。

近日，上海中医药大学林国强院士团队贺庆利研究员、赵群飞副研究员与中山大学佘志刚教授合作，在解析中药秋茄内生真菌Aspergillus sp. SK-28中的环二肽化合物Brevianamide K的生物合成途径过程中，发现首例α-酮戊二酸依赖的氧化酶AspE催化叔碳中心立体构型翻转的羟化反应。

以3,6-二烯-2,5-二酮哌嗪结构（3,6-diene-2,5-diketopiperazines, 3,6-DE-2,5-DKPs）为核心骨架的天然产物在自然界中广泛分布，但其在真菌中的生物合成机制还未被阐明。通过异源表达和体外生化研究发现，真菌来源Brevianamide K的3,6-DE-2,5-DKP骨架的生物合成途径与细菌不同，其在α-酮戊二酸依赖的氧化酶（AspE）和P450酶（AspF）的催化以及随后的脱水作用下形成了3,6-DE-2,5-DKPs骨架结构。

有意思的是，α-酮戊二酸依赖的氧化酶AspE催化(+)-Brevianamide V产生(-)-Brevianamide Q，出乎意料，其立体构型发生翻转。通过分子对接、关键氨基酸突变及同位素喂养实验，作者推测AspE的Fe(IV)=O从底物中攫取一个氢原子后形成Fe(III)-OH，底物再转移一个电子到Fe(III)-OH，形成底物亚胺阳离子中间体和Fe(II)-OH，随后水分子从反面亲核进攻实现了底物构型的翻转。

该工作中首次发现并提出酶催化的构型翻转的羟化机制，突破了经典对羟化酶“羟基回弹”机制的认知，为设计生物合成含有不同手性羟基中心的天然产物提供了新的工具和思路。