当前位置首页科研队伍

创新研究群体项目获得者

刘晓红博士研究员

中国科学院青年创新促进会会员
中科院生物物理所，中国科学院核酸生物学重点实验室，王江云研究组

研究方向：化学生物学/生物无机化学

电子邮件：liuxh@ibp.ac.cn

电话：010-64852570

通讯地址：北京市朝阳区大屯路15号（100101）

英文版个人网页：http://english.ibp.cas.cn/sourcedb/rck/EN_zkyqchhy/202005/t20200519_339609.html

简历：

　　1995.09 - 1999.07 天津师范大学化学与生命科学学院理学学士

　　1999.09 - 2002.07 天津师范大学化学与生命科学学院物理化学专业理学硕士

　　2002.09 - 2005.07 清华大学化学系有机化学专业理学博士

　　2005.08 - 2008.04 日本帝京科学大学生物技术研究中心博士后

　　2008.05 - 2014.12 中国科学院生物物理研究所，助理研究员，副研究员

　　2015.01 - 至今中国科学院生物物理研究所研究员

　　（2014年12月获中国科学院生物物理研究所“青年研究员计划”支持）

获奖及荣誉：

　　2013年获中国科学院卢嘉锡青年人才奖

社会任职：

研究方向：

　　从事生物无机化学/化学生物学方面的研究，即通过扩展基因密码手段在目标蛋白中编码具有特殊功能的非天然氨基酸，进而从结构和功能上模拟生物界中含多个金属中心的蛋白酶，比如PSII、细胞色素c氧化酶和漆酶等；在研究模型酶还原氧气机理的基础上设计更好的催化氧气还原为水的模型酶；最终实现氧气的活化，电子的传递等功能并进而开发其在生物能源方面的应用。作为项目/课题负责人先后承担了教育部留学回国人员科研启动基金、国家自然科学基金青年及面上项目等。

　　近期主要工作和进展

　　一、利用非天然氨基酸的定点插入, 首次实现了用18 kD的肌红蛋白模拟呼吸链中重要膜蛋白复合物细胞色素c氧化酶，该工作通过对肌红蛋白修饰来改进蛋白酶的电子转移动力学和底物特异性。此工作首次提供了细胞色素c氧化酶中保守翻译后修饰Tyr-His 功能的直接证据，是蛋白质设计领域的重要进展，并有望在生物能学中获得重要应用。

　　二、通过基因密码子扩展，实现了在活细胞中编码螯合金属能力更强（Cu2+ KD=0.9 nM）的非天然氨基酸3-吡唑基酪氨酸，为研究生物大分子中的光致电子转移现象，及利用生物元件实现高效可控的光致电荷分离提供了有力的工具。

　　三、通过扩展基因密码子，实现了具有金属结合能力的非天然氨基酸8-羟基喹啉丙氨酸（HqAla）（Cu2+ KD=0.1 fM）在活细胞中的编码。在荧光蛋白的发色团中心编码该非天然氨基酸，首次发现在活性中心插入HqALa的荧光蛋白的最大发射波长均红移30 nm左右，eqFP650-67-HqAla蛋白的最大发射波长红移至680 nm，为迄今为止具有最红发射波长的绿色荧光蛋白的类似蛋白，这些蛋白突变体将能作为体内成像研究的标记物，增加探测的灵敏度，进而进行深层组织成像或者作为荧光能量共振转移传感器；在大肠杆菌细胞中编码该非天然氨基酸可作为锌离子选择性传感器；该研究为设计蛋白传感器提供了新的策略和手段，为金属蛋白的理性设计方面提供了有力的研究工具。

　　四、利用基因密码子扩展技术，实现了在活细胞中编码一系列卤代酪氨酸，在荧光蛋白质中实现了分子中的光致电子转移现象，基于光致电子转移原理发展了对pH及Mn（III）敏感的荧光传感器。

　　五、基因编码非天然氨基酸作为光致电子转移探针,模拟光合系统暗反应实现利用光能还原二氧化碳。发展得到了一种新的光敏蛋白，该光敏蛋白具有以下优势：1、无重金属；2、可以很容易地引入各种生物体；3、通过合理的设计或定向进化有显著的扩展能力。因此，PSP能够潜在地光敏化多种挑战性的化学转化，涉及的领域多样，诸如太阳能转化、光生物学、环境修复和工业生物学等

承担项目情况：

代表论著：

1. Wang XY^#, Liu DS^#, Shen L^#, Li FF^#, Li YZ, Yang LY, Xu TD, Tao HC, Yao DQ, Wu LJ, Hirata K, Bohn LM, Makriyannis A, Liu XH, Hua T*, Liu ZJ*, and Wang JY*. A Genetically Encoded F-19 NMR Probe Reveals the Allosteric Modulation Mechanism of Cannabinoid Receptor 1. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 40, 16320-16325. DOI: 10.1021/jacs.1c06847

2. Zheng DD^#, Tao M^#, Yu LJ^#, Liu XH*, Xia AD*, Wang JY*. Ultrafast Photoinduced Electron Transfer in a Photosensitizer Protein. CCS Chem. 2021, 3, 1580-1586. DOI: 10.31635/ccschem.021.202100823

3. Han MJ^#, He QT^#, Yang MY^#, Chen C, Yao YR, Liu XH, Wang YC, Zhu ZL, Zhu KK, Qu CX, Yang F, Hu C, Guo XZ, Zhang DW, Chen CL*, Sun JP* and Wang JY*. Single-molecule FRET and conformational analysis of beta-arrestin-1 through genetic code expansion and Se-Click reaction. Chemical Science. 2021, DOI: 10.1039/D1SC02653D

4. Kang FY ^#, Yu L^#, Xia Y^#, Yu ML, Xia L, Wang YC, Yang L, Wang TY, Gong WM, Tian CL*, Liu XH*, and Wang JY *. Rational Design of a Miniature Photocatalytic CO₂-Reducing Enzyme. ACS Catal. 2021, 11, 9, 5628-5635. DOI: 10.1021/acscatal.1c00287

5. Fu Y^#, Huang J^#, Wu YZ *, Liu XH*, Zhong FR*, and Wang JY*. Biocatalytic Cross-Coupling of Aryl Halides with a Genetically Engineered Photosensitizer Artificial Dehalogenase. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 2, 617-622. DOI: 10.1021/jacs.0c10882

6. Wang L^#, Zhang J ^#, Han MJ^#, Zhang L^#, Chen C^#, Huang AP^#, Xie RP, Wang GS, Zhu JR, Wang YC, Liu XH*, Zhuang W*, Li YL*, Wang JY*. A Genetically Encoded Two-Dimensional Infrared Probe for Enzyme Active-Site Dynamics. Angew Chem Int Ed Engl. 2021, 60, 11143 -11147. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202016880

7. Hu C, Liu X, Wang J*. Electrostatics affect the glow. Science. 2020, 367(6473):26. DOI: 10.1126/science.aba0571.

8. Zheng DD, Zhang Y, Liu XH, Wang J*. Coupling natural systems with synthetic chemistry for light-driven enzymatic biocatalysis. Photosynth Res. 2019, doi.org/10.1007/s11120-019-00660-7

9. Yu Y^#, Liu XH^#, Wang J*. Expansion of Redox Chemistry in Designer Metalloenzymes. AccChem Res. doi: 10.1021/acs.accounts.8b00627. [Epub ahead of print]

10. Liu XH^#, Kang F^#, Hu C^#, Wang L, Xu Z, Zheng D, Gong W, Lu Y, Ma Y, Wang J*. A genetically encoded photosensitizer protein facilitates the rational design of a miniature photocatalytic CO₂-reducing enzyme. Nat Chem. 2018, 10 (12):1201-1206. doi: 10.1038/s41557-018-0150-4.

11. Mu Z, Zou Z, Yang Y, Wang W, Xu Y, Huang J, Cai R, Liu Y, Mo Y, Wang B, Dang Y, Li Y, Liu Y, Jiang Y, Tan Q, Liu XH, Hu C, Li H, Wei S, Lou C, Yu Y, Wang J*. A genetically engineered Escherichia coli that senses and degrades tetracycline antibiotic residue. Synth SystBiotechnol. 2018, 3(3):196-203. doi: 10.1016/j.synbio.2018.05.001.

12. Wang L^#, Chen X^#, Guo X^#, Li J, Liu Q, Kang F, Wang X, Hu C, Liu H, Gong W, Zhuang W, Liu XH*, Wang J*. Significant expansion and red-shifting of fluorescent protein chromophore determined through computational design and genetic code expansion. Biophys Rep. 2018, 4(5):273-285. doi: 10.1007/s41048-018-0073-z.

13. Yu Y^#, Cui C^#, Liu XH^#, Petrik ID, Wang J*, Lu Y*. A Designed Metalloenzyme Achieving the Catalytic Rate of a Native Enzyme. J Am Chem Soc. 2015, 137(36):11570-3. doi: 10.1021/jacs.5b07119.

14. Yu Y, Hu C, Liu XH, Wang J*. Synthetic Model of the Oxygen-Evolving Center: Photosystem II under the Spotlight. Chembiochem. 2015, 16(14):1981-3. doi: 10.1002/cbic.201500302.

15. Lv X^#, Yu Y^#, Zhou M, Hu C, Gao F, Li J, Liu XH, Deng K, Zheng P, Gong W, Xia A*, Wang J*. Ultrafast photoinduced electron transfer in green fluorescent protein bearing a genetically encoded electron acceptor. J Am Chem Soc. 2015, 137(23):7270-3. doi: 10.1021/jacs.5b03652.

16. Yang Y^#, Zhou Q^#, Wang L^#, Liu XH, Zhang W, Hu M, Dong J, Li J, Xiaoxuan L, Ouyang H, Li H, Gao F, Gong W, Lu Y*, Wang J*. Significant Improvement of Oxidase Activity through the Genetic Incorporation of a Redox-active Unnatural Amino Acid. Chem Sci. 2015, 6(7):3881-3885. doi: 10.1039/C5SC01126D

17. X.H. Liu, L Jiang1, J Li, L Wang, Y Yu, Q Zhou, X Lv, W Gong, Y Lu, JY Wang. Significant Expansion of Fluorescent Protein Sensing Ability through the Genetic Incorporation of Superior Photo-Induced Electron-Transfer Quenchers. J. Am. Chem. Soc. 2014 Sep, 136, 13094-13097.

18. X.H. Liu, J.S. Li C. Hu, Q. Zhou, W. Zhang, M.R. Hu, J.Z. Zhou, J.Y. Wang. Significant Expansion of the Fluorescent Protein Chromophore through the Genetic Incorporation of a Metal-chelating Unnatural Amino Acid. Angew Chem Int Ed Engl. 2013, 52, 4805-9 (VIP and Back Cover Article)

19. X.H. Liu, J.S. Li1, J.S. Dong, C. Hu, W.M. Gong, and J.Y. Wang. Genetic Incorporation of a Metal Chelating Amino Acid as a Probe for Protein Electron Transfer. Angew Chem Int Ed Engl. 2012 Oct 8;51(41):10261-5 (Hot Paper, Back Cover Article, recommended by F1000 biology)

20. X.H. Liu, Y. Yu1, C. Hu, W. Zhang, Y. Lu, and J.Y. Wang. Significant Increase of Oxidase Activity through the Genetic Incorporation of a Tyrosine-Histidine Cross-Link in a Myoglobin Model of Heme-Copper Oxidase. Angew Chem Intl Ed, 2012, 51 (18), 4312-4316 (Frontispiece, News of the Week, Chemical and Engineering News)

21. X.H.Liu, T. Yamaguchi, M, Saneyoshi et al. Telomerase inhibition by 3'-Azido-2',3'-dideoxynucleoside 5'-triphosphates inhibit telomerase activity in vitro, and the corresponding nucleosides cause telomere shortening in human HL60 cells. Nucleic Acid Research, 2007, 35(21), 7140-7149

（资料来源：刘晓红研究员，2021-11-02）