Proteína para extração de urânio da água do mar

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Chicago, da Universidade de Pequim e do Laboratório Nacional de Argonne projetou um complexo de proteínas que efetivamente liga o urânio dissolvido na água. A estrutura codificada geneticamente foi calculada por métodos computacionais, mas suas propriedades foram confirmadas experimentalmente ( artigo em Nature Chemistry ).

Esta é a primeira demonstração conhecida quando um sistema bacteriano construído a partir de proteínas naturais é usado para extrair urânio da água do mar.

Foi relatado que a proteína inventada é mais barata e mais eficiente do que os métodos existentes para extrair urânio do oceano. Pode ser amplamente utilizado na indústria e energia. Além disso, o biossistema pode ser modificado para ligar outros íons em baixa concentração, isto é, para extração e outros materiais similares.

O urânio desempenha um papel importante como alternativa aos combustíveis de hidrocarbonetos. Ao mesmo tempo, as reservas de urânio na Terra são limitadas. Segundo os cientistas, 1000 vezes mais urânio é dissolvido nos oceanos do que em depósitos de terra. Infelizmente, é apresentado na forma de uranil solúvel (UO ₂ ²⁺ ) - um íon U (VI) com carga dupla, e em concentrações muito baixas ~ 3,2 partículas por 10 ⁹(~ 13,7 nM). O uranil está ligado a carbonatos e outros ânions. Na água do mar, existem muitos íons de outros metais em concentrações mais altas, o que dificulta extremamente a tarefa de isolamento e ligação seletiva do urânio.

No entanto, os cientistas foram capazes de resolver esse problema usando métodos de bioinformática. Na natureza, não existem proteínas que se ligam ao uranil, mas os pesquisadores usaram a triagem computacional para procurar uma proteína sintética com a propriedade indicada - para que ela pudesse se ligar ao uranil. E essa proteína foi capaz de calcular.

Durante a triagem, os cientistas classificaram as proteínas do banco de dados do Protein Data Bank. Quando encontraram um candidato remotamente adequado, o otimizaram para o estado desejado.

Uma proteína resistente ao calor, chamada Super Uranyl-binding Protein (SUP), liga efetivamente o urânio à constante de dissociação K_d = 7,4 femtomol e muito seletivo (mais de 10.000 vezes de seletividade para íons de outros metais).

Estrutura geral de SUP e o fragmento de proteína que fornece isolamento de uranil

Circuito eletrostático de superfície SUP: a cor azul corresponde a regiões com carga positiva, a cor vermelha corresponde a carga com carga negativa

Comparação do modelo calculado (em roxo) e a estrutura cristalina do SUP (azul)

Durante os experimentos, o SUP extraiu de 30% a 60% de uranil dissolvido em água do mar artificial. Se essa quantidade puder ser obtida dos oceanos, o problema da deficiência de urânio será resolvido por muitos séculos.

Source: https://habr.com/ru/post/pt382845/