近日，中国科学院海洋研究所海洋生物制造研究组在深海真菌黄素依赖单加氧酶（FMO）的催化机制研究中取得新进展，相关成果发表于国际有机化学领域期刊Organic Letters。

前期工作中，研究团队发现深海真菌来源的黄素依赖单加氧酶PldC具有此前未被识别的N–氧化功能，能够催化真菌生物碱penicimutamide E的N–O键形成，是一种兼具吲哚氧化与N–氧化活性的双功能“吲哚氧化酶”。该酶的催化功能可通过微调底物的空间取向进行重编程，表现出良好的可塑性，相关结果已于9月9日发表在国际期刊Angewandte Chemie International Edition (doi.org/10.1002/anie.9391687)。

本研究中，团队对PldC的底物多样性进行了深入探索，发现该酶能够识别同分异构体(+)-premalbrancheamide (1)，催化其吲哚C3位氧化生成3-羟基吲哚烯3-hydroxyindolenine (2)，后者经自发重排形成螺环吲哚生物碱spiropremalbrancheamide (3)。值得注意的是，(+)-1与penicimutamide E在C19位立体构型上存在差异，前者为S构型，后者为R构型。正是这一构型差异，导致PldC催化两种底物所产生的氧化产物显著不同。有趣的是，其同源酶PhqK则能够催化(+)-1直接形成3，未检测到中间体的积累。

PldC与PhqK的催化功能与底物结合构象比较

（a. PldC与PhqK催化功能比较；b. 底物结合构象差异分析）

AlphaFold 3结构预测、分子对接与定点突变分析进一步揭示，PldC与PhqK中底物的结合取向相差约180°，导致二者活性口袋内质子传递网络的空间排布截然不同。在此基础上，PhqK的三重突变体（L96M/L106V/I245M）获得了产生中间体2的能力，再次证实活性口袋结构可塑性对产物命运的决定性作用。值得注意的是，两个酶均不识别(+)-1的对映体(−)-1。

该研究揭示了两种同源FMO酶合成螺环吲哚生物碱的分子机制，PldC与PhqK具有截然不同的活性位点架构，通过不同的催化路径，趋同地合成同一螺环骨架生物碱，是趋同生物合成的典型范例。

中国科学院海洋研究所张伟研究员为该论文通讯作者。本研究工作得到了山东省重点研发计划、中国科学院海洋研究所自主部署项目和国家自然科学基金等项目支持。

论文信息：

Tiandong Hu, Anran Fu, Qingyu Yang, Ting Lin, Fan Yang, Wei Zhang*. Distinct Active-Site Architectures Drive Divergent Catalysis for Convergent Spirooxindole Biosynthesis. Org. Lett. 2026. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c03774