بروتين لاستخلاص اليورانيوم من مياه البحر

قام فريق من الباحثين من جامعة شيكاغو وجامعة بكين ومختبر أرغون الوطني بتصميم مركب بروتين يربط بشكل فعال اليورانيوم المذاب في الماء. تم حساب البنية المشفرة وراثيا بطرق حسابية ، ولكن تم تأكيد خصائصها تجريبيا ( مقال في كيمياء الطبيعة ).

هذا هو أول عرض معروف عندما يتم استخدام نظام بكتيري مكون من بروتينات طبيعية لاستخراج اليورانيوم من مياه البحر.

تم الإبلاغ عن أن البروتين المخترع أرخص وأكثر كفاءة من الطرق الحالية لاستخراج اليورانيوم من المحيط. يمكن استخدامه على نطاق واسع في الصناعة والطاقة. علاوة على ذلك ، يمكن تعديل النظام الحيوي لربط أيونات أخرى بتركيز منخفض ، أي للاستخراج والمواد المماثلة الأخرى.

يلعب اليورانيوم دورًا مهمًا كبديل للوقود الهيدروكربوني. في الوقت نفسه ، احتياطيات اليورانيوم على الأرض محدودة. وفقا للعلماء ، يذوب اليورانيوم في المحيطات 1000 مرة أكثر مما يذوب في الرواسب البرية. لسوء الحظ ، يتم تقديمه هناك على شكل يورانيل قابل للذوبان (UO ₂ ²⁺ ) - أيون U (VI) ذو شحنة موجبة ، وبتركيزات منخفضة جدًا ~ 3.2 جزيئات لكل 10 ⁹(~ 13.7 نانومتر). يرتبط اليورانيل بالكربونات والأنيونات الأخرى. يوجد في مياه البحر العديد من أيونات المعادن الأخرى بتركيزات أعلى ، مما يجعل مهمة عزل اليورانيوم وانتقائه الانتقائي صعبة للغاية.

ومع ذلك ، تمكن العلماء من حل هذه المشكلة باستخدام طرق المعلوماتية الحيوية. في الطبيعة ، لا توجد بروتينات تربط اليورانيل ، لكن الباحثين استخدموا الفحص الحسابي للبحث عن بروتين اصطناعي بالخاصية المحددة - بحيث يمكن أن يربط اليورانيل. وكان مثل هذا البروتين قادرًا على الحساب.

أثناء الفحص ، قام العلماء بفرز البروتينات من قاعدة بيانات Protein Data Bank. عندما وجدوا مرشحا مناسبا عن بعد ، قاموا بتحسينه إلى الحالة المطلوبة.

بروتين مقاوم للحرارة يسمى بروتين ربط اليورانيل الممتاز (SUP) يربط اليورانيوم بفاعلية ثابتة التفكك K_د = 7.4 فيمتومول وانتقائي للغاية (انتقائية أكثر من 10000 أضعاف لأيونات المعادن الأخرى).

التركيب العام لـ SUP وجزء البروتين الذي يوفر عزل اليورانيل

كهرباء سطح الدائرة الكهربائية SUPP: اللون الأزرق يتوافق مع المناطق المشحونة إيجابيا ، اللون الأحمر يتوافق مع الشحنات السلبية

مقارنة بين النموذج المحسوب (باللون البنفسجي) والبنية البلورية لـ SUP (الأزرق)

أثناء التجارب ، استخلص SUP 30٪ إلى 60٪ من اليورانيل المذاب في مياه البحر الاصطناعية. إذا كان من الممكن الحصول على هذه الكمية من المحيطات ، فسيتم حل مشكلة نقص اليورانيوم لعدة قرون.

Source: https://habr.com/ru/post/ar382845/