Zeldzame aardelementen zijn van vitaal belang voor veel moderne technologieën. Chemici van LMU hebben nu aangetoond dat een cofactor die in een bacterieel enzym wordt gevonden, selectief enkele van deze metalen uit mengsels kan extraheren op een milieuvriendelijke manier.

Zeldzame aardelementen (REE's) zijn een onmisbaar ingrediënt van de elektronische apparaten die nu een integraal onderdeel zijn van ons dagelijks leven. Ze zijn werkzaam in computers, smartphones, elektromotoren en vele andere sleuteltechnologieën als componenten van magneten en batterijen, en dienen ook als krachtige chemische katalysatoren. REE's bestaan ​​uit 17 elementen:scandium, yttrium, lanthaan en de 14 lanthaniden die lanthaan volgen in het periodiek systeem. In de natuur, ze komen voor als mengsels en worden vaak gevonden in combinatie met de radioactieve elementen uranium en thorium. Alle REE's vertonen zeer vergelijkbare chemische eigenschappen, waardoor het moeilijk is om ze van elkaar te scheiden, energie-intensieve en ecologisch problematische taak. Nu heeft een team onder leiding van LMU-chemicus professor Lena Daumann aangetoond dat een enzym-cofactor genaamd pyrroloquinoline-chinon (PQQ) die in bepaalde soorten bacteriën wordt aangetroffen, zich selectief bindt aan specifieke REE's en kan worden gebruikt om ze van mengsels te scheiden.

Dat REE's ook een essentiële rol spelen in de biosfeer werd minder dan 10 jaar geleden ontdekt, toen bleek dat bepaalde soorten bacteriën selectief lanthaniden uit de omgeving kunnen opnemen, die vervolgens worden opgenomen in enzymen voor gebruik als metabole katalysatoren. Bijvoorbeeld, in methylotrofe bacteriën, lanthaan of europium binden aan PQQ in het enzym methanoldehydrogenase (MDH), en speelt een essentiële rol bij de oxidatie van methanol - een belangrijk onderdeel van het energiemetabolisme van deze bacteriën. Daumann en haar collega's hebben nu de interactie van PQQ met deze REE's in detail gekarakteriseerd en, in samenwerking met onderzoekers gevestigd in Berlijn en Münster, ze hebben PQQ-lanthanidecomplexen geïsoleerd en voor het eerst hun moleculaire structuren bepaald in afwezigheid van de enzymmatrix.

De resultaten tonen aan dat PQQ sommige REE's selectief kan verwijderen door precipitatie uit waterige oplossingen die mengsels van hun zouten bevatten, zonder de noodzaak van potentieel gevaarlijke organische oplosmiddelen of andere additieven. Opvallend, PQQ bindt bij voorkeur aan de grotere lanthaniden, inclusief neodymium. Recycling van deze laatste is van bijzonder belang voor duurzame technologieën. "Een kenmerk van de lanthaniden is dat de ionische straal geleidelijk afneemt over de rij van lanthaan naar lutetium, en deze minuscule verschillen kunnen worden gebruikt om ze te scheiden, " legt Daumann uit. Tot nu toe het was niet duidelijk waarom bacteriën bij voorkeur de grotere lanthaniden selecteren voor biochemische functies. Op basis van hun laatste resultaten, de auteurs van de nieuwe studie vermoeden dat dit te maken heeft met de structuur van PQQ. Waarschijnlijk is de actieve plaats in PQQ-bevattende enzymen geoptimaliseerd om plaats te bieden aan de grotere ionen in de REE-reeks. De nieuwe bevindingen zouden verdere interesse in het gebruik van bacteriën voor de recycling van REE's moeten stimuleren. De studie verschijnt in het tijdschrift Chemie:een Europees tijdschrift , en staat op de omslag van het laatste nummer.