La enzima Homoserina deshidrogenasa cataliza la reacción de oxidación de la L-homoserina a L-aspartato-4-semialdehído utilizando NAD⁺ o NADP⁺ como aceptor de electrones.

L-homoserina + NAD(P)⁺ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ L-aspartato-4-semialdehído + NAD(P)H

Esta reacción es la tercera etapa de la ruta que transforma el aspartato en homoserina. Esta última participa en la biosíntesis de la treonina, isoleucina y metionina.

La enzima del Saccharomyces cervisiae actúa más rápidamente con NAD⁺, en cambio la de la Neuroespora con NADP⁺.

La homoserina deshidrogenasa (HDh) se encuentra como una proteína de cadena única, o como una enzima bifuncional consistente en un dominio N-terminal aspartoquinasa y un dominio C-terminal deshidrogenasa; como por ejemplo en la Escherichia coli. El dominio N-terminal cataliza la reacción normalmente catalizada por la aspartato kinasa.

ATP + L-aspartato ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ ADP + 4-fosfo-L-aspartato