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        1. 當前位置 首頁 科研隊伍

          中科院青促會會員

          劉曉紅  博士 研究員  

          中國科學院青年創新促進會會員
          中科院生物物理所,中國科學院核酸生物學重點實驗室,王江云研究組

          研究方向:化學生物學/生物無機化學

          電子郵件:liuxh@ibp.ac.cn

          電       話:010-64852570

          通訊地址:北京市朝陽區大屯路15號(100101)

          英文版個人網頁:http://english.ibp.cas.cn/faculty/index_18316.html?json=http://www.salesdujour.com/sourcedb_ibp_cas/cn/ibpexport/EN_zkyqchhy/202005/t20200519_5582924.json

           

          簡       歷:

            1995.09 - 1999.07  天津師范大學化學與生命科學學院 理學學士

            1999.09 - 2002.07  天津師范大學化學與生命科學學院 物理化學專業 理學碩士

            2002.09 - 2005.07  清華大學化學系有機化學專業理學博士

            2005.08 - 2008.04  日本帝京科學大學生物技術研究中心博士后

            2008.05 - 2014.12  中國科學院生物物理研究所,助理研究員,副研究員

            2015.01 - 至今       中國科學院生物物理研究所研究員

           ?。?014年12月獲中國科學院生物物理研究所“青年研究員計劃”支持)

          獲獎及榮譽:

            2013年  獲中國科學院盧嘉錫青年人才獎

          社會任職:

           

          研究方向:

            從事生物無機化學/化學生物學方面的研究,即通過擴展基因密碼手段在目標蛋白中編碼具有特殊功能的非天然氨基酸,進而從結構和功能上模擬生物界中含多個金屬中心的蛋白酶,比如PSII、細胞色素c氧化酶和漆酶等;在研究模型酶還原氧氣機理的基礎上設計更好的催化氧氣還原為水的模型酶;最終實現氧氣的活化,電子的傳遞等功能并進而開發其在生物能源方面的應用。作為項目/課題負責人先后承擔了教育部留學回國人員科研啟動基金、國家自然科學基金青年及面上項目等。

            近期主要工作和進展

            一、利用非天然氨基酸的定點插入, 首次實現了用18 kD的肌紅蛋白模擬呼吸鏈中重要膜蛋白復合物細胞色素c氧化酶,該工作通過對肌紅蛋白修飾來改進蛋白酶的電子轉移動力學和底物特異性。此工作首次提供了細胞色素c氧化酶中保守翻譯后修飾Tyr-His 功能的直接證據,是蛋白質設計領域的重要進展,并有望在生物能學中獲得重要應用。

            二、通過基因密碼子擴展,實現了在活細胞中編碼螯合金屬能力更強(Cu2+ KD=0.9 nM)的非天然氨基酸3-吡唑基酪氨酸,為研究生物大分子中的光致電子轉移現象,及利用生物元件實現高效可控的光致電荷分離提供了有力的工具。

            三、通過擴展基因密碼子,實現了具有金屬結合能力的非天然氨基酸8-羥基喹啉丙氨酸(HqAla)(Cu2+ KD=0.1 fM)在活細胞中的編碼。在熒光蛋白的發色團中心編碼該非天然氨基酸,首次發現在活性中心插入HqALa的熒光蛋白的最大發射波長均紅移30 nm左右,eqFP650-67-HqAla蛋白的最大發射波長紅移至680 nm,為迄今為止具有最紅發射波長的綠色熒光蛋白的類似蛋白,這些蛋白突變體將能作為體內成像研究的標記物,增加探測的靈敏度,進而進行深層組織成像或者作為熒光能量共振轉移傳感器;在大腸桿菌細胞中編碼該非天然氨基酸可作為鋅離子選擇性傳感器;該研究為設計蛋白傳感器提供了新的策略和手段,為金屬蛋白的理性設計方面提供了有力的研究工具。

            四、利用基因密碼子擴展技術,實現了在活細胞中編碼一系列鹵代酪氨酸,在熒光蛋白質中實現了分子中的光致電子轉移現象,基于光致電子轉移原理發展了對pH及Mn(III)敏感的熒光傳感器。

            五、基因編碼非天然氨基酸作為光致電子轉移探針,模擬光合系統暗反應實現利用光能還原二氧化碳。發展得到了一種新的光敏蛋白,該光敏蛋白具有以下優勢:1、無重金屬;2、可以很容易地引入各種生物體;3、通過合理的設計或定向進化有顯著的擴展能力。因此,PSP能夠潛在地光敏化多種挑戰性的化學轉化,涉及的領域多樣,諸如太陽能轉化、光生物學、環境修復和工業生物學等

          承擔項目情況:

           

          代表論著:

          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 Research2007, 35(21), 7140-7149

           

          (資料來源:劉曉紅研究員,2021-11-02)

           

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