Protéine pour l'extraction de l'uranium de l'eau de mer

Une équipe de chercheurs de l'Université de Chicago, de l'Université de Pékin et du Laboratoire national d'Argonne a conçu un complexe protéique qui lie efficacement l'uranium dissous dans l'eau. La structure génétiquement codée a été calculée par des méthodes de calcul, mais ses propriétés ont été confirmées expérimentalement ( article dans Nature Chemistry ).

Il s'agit de la première démonstration connue lorsqu'un système bactérien construit à partir de protéines naturelles est utilisé pour extraire l'uranium de l'eau de mer.

Il a été rapporté que la protéine inventée est moins chère et plus efficace que les méthodes existantes d'extraction d'uranium de l'océan. Il peut être largement utilisé dans l'industrie et l'énergie. De plus, le biosystème peut être modifié pour lier d'autres ions à faible concentration, c'est-à-dire pour l'extraction et d'autres matériaux similaires.

L'uranium joue un rôle important comme alternative aux combustibles hydrocarbonés. Dans le même temps, les réserves d'uranium sur Terre sont limitées. Selon les scientifiques, 1000 fois plus d'uranium est dissous dans les océans que dans les dépôts terrestres. Malheureusement, il y est présenté sous forme d'uranyle soluble (UO ₂ ²⁺ ) - un ion U (VI) doublement chargé, et à de très faibles concentrations ~ 3,2 particules pour 10 ⁹(~ 13,7 nM). L'uranyl est lié aux carbonates et autres anions. Dans l'eau de mer, il existe de nombreux ions d'autres métaux à des concentrations plus élevées, ce qui rend extrêmement difficile l'isolement et la liaison sélective de l'uranium.

Cependant, les scientifiques ont pu résoudre ce problème en utilisant des méthodes de bioinformatique. Dans la nature, il n'y a pas de protéines qui se lient à l'uranyl, mais les chercheurs ont utilisé le criblage informatique pour rechercher une protéine synthétique ayant la propriété indiquée - afin qu'elle puisse se lier à l'uranyl. Et une telle protéine a pu calculer.

Pendant le dépistage, les scientifiques ont trié les protéines de la base de données de la banque de données sur les protéines. Quand ils ont trouvé un candidat convenable à distance, ils l'ont optimisé à l'état souhaité.

Une protéine résistante à la chaleur appelée Super Uranyl-binding Protein (SUP) lie efficacement l'uranium à la constante de dissociation K_d = 7,4 femtomol et très sélectif (sélectivité plus de 10 000 fois pour les ions d'autres métaux).

Structure générale du SUP et du fragment de protéine qui assure l'isolement de l'uranyle

Circuit de surface électrostatique SUP: la couleur bleue correspond aux régions chargées positivement, la couleur rouge correspond aux régions chargées négativement

Comparaison du modèle calculé (en violet) et de la structure cristalline du SUP (bleu)

Au cours des expériences, le SUP a extrait 30% à 60% de l'uranyle dissous dans l'eau de mer artificielle. Si une telle quantité peut être obtenue des océans, le problème de la carence en uranium sera résolu pendant de nombreux siècles.

Source: https://habr.com/ru/post/fr382845/