Proteína para la extracción de uranio del agua de mar.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago, la Universidad de Pekín y el Laboratorio Nacional de Argonne diseñaron un complejo de proteínas que une eficazmente el uranio disuelto en agua. La estructura codificada genéticamente se calculó por métodos computacionales, pero sus propiedades se confirmaron experimentalmente ( artículo en Nature Chemistry ).

Esta es la primera demostración conocida cuando se utiliza un sistema bacteriano construido a partir de proteínas naturales para extraer uranio del agua de mar.

Se ha informado que la proteína inventada es más barata y más eficiente que los métodos existentes para extraer uranio del océano. Puede ser ampliamente utilizado en la industria y la energía. Además, el biosistema se puede modificar para unir otros iones en una baja concentración, es decir, para extracción y otros materiales similares.

El uranio juega un papel importante como alternativa a los combustibles de hidrocarburos. Al mismo tiempo, las reservas de uranio en la Tierra son limitadas. Según los científicos, 1000 veces más uranio se disuelve en los océanos que en los depósitos terrestres. Desafortunadamente, allí se presenta en forma de uranilo soluble (UO ₂ ²⁺ ), un ión U (VI) con carga doble positiva, y en concentraciones muy bajas ~ 3.2 partículas por 10 ⁹(~ 13,7 nM). El uranilo está unido a carbonatos y otros aniones. En el agua de mar hay muchos iones de otros metales en concentraciones más altas, lo que hace que la tarea de aislamiento y unión selectiva de uranio sea extremadamente difícil.

Sin embargo, los científicos pudieron resolver este problema utilizando métodos bioinformáticos. En la naturaleza, no hay proteínas que se unan al uranilo, pero los investigadores utilizaron la detección computacional para buscar una proteína sintética con la propiedad indicada, para que pueda unirse al uranilo. Y esa proteína fue capaz de calcular.

Durante el examen, los científicos clasificaron las proteínas de la base de datos del Banco de datos de proteínas. Cuando encontraron un candidato remotamente adecuado, lo optimizaron al estado deseado.

Una proteína resistente al calor llamada Super Uranyl-vinculante Protein (SUP) une efectivamente el uranio a la constante de disociación K_d = 7.4 femtomol y muy selectivo (selectividad de más de 10,000 veces para iones de otros metales).

Estructura general de SUP y el fragmento de proteína que proporciona aislamiento de uranilo.

Circuito de superficie electrostática SUP: el color azul corresponde a regiones cargadas positivamente, el color rojo corresponde a carga negativa

Comparación del modelo calculado (en púrpura) y la estructura cristalina de SUP (azul)

Durante los experimentos, SUP extrajo del 30% al 60% de uranilo disuelto en agua de mar artificial. Si se puede obtener tal cantidad de los océanos, entonces el problema de la deficiencia de uranio se resolverá durante muchos siglos.

Source: https://habr.com/ru/post/es382845/