Gli elementi delle terre rare sono vitali per molte tecnologie moderne. I chimici della LMU hanno ora dimostrato che un cofattore trovato in un enzima batterico può estrarre selettivamente alcuni di questi metalli da miscele in modo rispettoso dell'ambiente.

Gli elementi delle terre rare (REE) sono un ingrediente indispensabile dei dispositivi elettronici che sono ormai parte integrante della nostra vita quotidiana. Sono impiegati nei computer, smartphone, motori elettrici e molte altre tecnologie chiave come componenti di magneti e batterie, e servono anche come potenti catalizzatori chimici. I REE comprendono 17 elementi:scandio, ittrio, lantanio e i 14 lantanidi che seguono il lantanio nella tavola periodica. In natura, si presentano come miscele e si trovano spesso in associazione con gli elementi radioattivi uranio e torio. Tutti i REE mostrano proprietà chimiche molto simili, che rende difficile separarli l'uno dall'altro, compito ad alta intensità energetica e problematico dal punto di vista ambientale. Ora un team guidato dal chimico della LMU, la professoressa Lena Daumann, ha dimostrato che un cofattore enzimatico chiamato pirrolochinolina chinone (PQQ) presente in alcune specie di batteri si lega selettivamente a REE specifici e può essere utilizzato per separarli dalle miscele.

Che i REE svolgano anche ruoli essenziali nella biosfera è stato scoperto meno di 10 anni fa, quando è stato dimostrato che alcuni tipi di batteri possono assorbire selettivamente i lantanidi dall'ambiente, che vengono poi incorporati negli enzimi per essere utilizzati come catalizzatori metabolici. Ad esempio, nei batteri metilotrofi, il lantanio o l'europio si legano a PQQ nell'enzima metanolo deidrogenasi (MDH), e svolge un ruolo essenziale nell'ossidazione del metanolo, una parte importante del metabolismo energetico di questi batteri. Daumann e i suoi colleghi hanno ora caratterizzato in dettaglio l'interazione di PQQ con questi REE e, in collaborazione con ricercatori con sede a Berlino e Münster, hanno isolato i complessi PQQ-lantanide e determinato le loro strutture molecolari per la prima volta in assenza della matrice enzimatica.

I risultati dimostrano che PQQ può rimuovere selettivamente alcuni REE per precipitazione da soluzioni acquose contenenti miscele dei loro sali, senza la necessità di solventi organici potenzialmente pericolosi o altri additivi. Sorprendentemente, PQQ si lega preferenzialmente ai lantanidi più grandi, compreso il neodimio. Il riciclaggio di quest'ultimo è di particolare interesse per le tecnologie sostenibili. "Una caratteristica dei lantanidi è che il raggio ionico diminuisce progressivamente lungo la fila dal lantanio al lutezio, e queste minuscole differenze possono essere usate per separarli, " spiega Daumann. Finora, non era chiaro perché i batteri selezionassero preferenzialmente i lantanidi più grandi per le funzioni biochimiche. Sulla base dei loro ultimi risultati, gli autori del nuovo studio sospettano che ciò abbia a che fare con la struttura di PQQ. Probabilmente il sito attivo negli enzimi contenenti PQQ è stato ottimizzato per accogliere gli ioni più grandi nella serie REE. Le nuove scoperte dovrebbero stimolare ulteriormente l'interesse per l'uso dei batteri per il riciclaggio dei REE. Lo studio appare sulla rivista Chimica:una rivista europea , ed è presente sulla copertina dell'ultimo numero.