Protein zur Gewinnung von Uran aus Meerwasser

Eine Gruppe von Forschern der University of Chicago, der Peking University und des Argonne National Laboratory entwarf einen Proteinkomplex, der in Wasser gelöstes Uran effektiv bindet. Die genetisch codierte Struktur wurde mit Berechnungsmethoden berechnet, ihre Eigenschaften wurden jedoch experimentell bestätigt ( Artikel in Nature Chemistry ).

Dies ist die erste bekannte Demonstration, bei der ein aus natürlichen Proteinen aufgebautes Bakteriensystem verwendet wird, um Uran aus Meerwasser zu extrahieren.

Es wurde berichtet, dass das erfundene Protein billiger und effizienter ist als bestehende Verfahren zur Extraktion von Uran aus dem Ozean. Es kann in Industrie und Energie weit verbreitet sein. Darüber hinaus kann das Biosystem modifiziert werden, um andere Ionen in einer geringen Konzentration zu binden, dh zur Extraktion und für andere ähnliche Materialien.

Uran spielt eine wichtige Rolle als Alternative zu Kohlenwasserstoffbrennstoffen. Gleichzeitig sind die Uranreserven auf der Erde begrenzt. Laut Wissenschaftlern wird in den Ozeanen 1000-mal mehr Uran gelöst als in Landvorkommen. Leider liegt es dort in Form von löslichem Uranyl (UO ₂ ²⁺ ) vor - einem positiven doppelt geladenen U (VI) -Ion und in sehr geringen Konzentrationen ~ 3,2 Partikel pro 10 ⁹(~ 13,7 nM). Uranyl ist an Carbonate und andere Anionen gebunden. Im Meerwasser gibt es viele Ionen anderer Metalle in höheren Konzentrationen, was die Isolierung und selektive Bindung von Uran äußerst schwierig macht.

Wissenschaftler konnten dieses Problem jedoch mit bioinformatischen Methoden lösen. In der Natur gibt es keine Proteine, die Uranyl binden, aber die Forscher suchten mithilfe eines rechnergestützten Screenings nach einem synthetischen Protein mit dieser Eigenschaft - damit es Uranyl binden kann. Und ein solches Protein konnte berechnen.

Während des Screenings sortierten Wissenschaftler Proteine ​​aus der Datenbank der Proteindatenbank. Als sie einen entfernt geeigneten Kandidaten fanden, optimierten sie ihn auf den gewünschten Zustand.

Ein hitzebeständiges Protein namens Super Uranyl-bindendes Protein (SUP) bindet Uran effektiv an die Dissoziationskonstante K._d = 7,4 Femtomol und sehr selektiv (mehr als 10.000-fache Selektivität für Ionen anderer Metalle).

Allgemeine Struktur von SUP und des Proteinfragments, das die Isolierung von Uranyl ermöglicht

Elektrostatischer Oberflächenkreis SUP: Blaue Farbe entspricht positiv geladenen Bereichen, rote Farbe entspricht negativ geladenen Bereichen

Vergleich des berechneten Modells (in lila) und der Kristallstruktur von SUP (blau)

Während der Experimente extrahierte SUP 30% bis 60% des in künstlichem Meerwasser gelösten Uranyls. Wenn eine solche Menge aus den Ozeanen gewonnen werden kann, wird das Problem des Uranmangels für viele Jahrhunderte gelöst sein.

Source: https://habr.com/ru/post/de382845/