Zeewater is een nieuwe bron voor uranium?

Je kunt met een kunstmatig eiwit tot op femtomolaire schaal selectief uranyl uit zeewater vissen. Dit stellen onderzoekers van de universiteiten van Chicago, Beijing en het Argonne Nationaal Laboratorium deze week in Nature Chemistry. Ze hopen zo een nieuwe bron van uranium aan te wenden.

Zeewater bevat 3,2 mg uranyl (UO22+) per ton. Dit is meer dan duizend keer zoveel als wat je op land kan vinden. Uranyl is de meest voorkomende vorm van uranium in luchtrijke omgevingen. Het kation is op een paar vlakken anders dan andere metaalkationen die in het water voorkomen. Ten eerste is het kation lineair en kan het op de twee uiteinden waterstofbruggen vormen. Ten tweede kan uranyl op het equatoriale vlak vijf tot zes liganden binden.

De onderzoekers gebruikten al deze informatie om een digitale screening uit te voeren. Deze screening betrof meer dan twaalfduizend mogelijke eiwitten, waarbij ze selecteerden op de mogelijkheid om individuele aminozuren konden vervangen door aspartaat, glutamaat, asparagine of glutamine. Ze zochten naar actieve sites die in staat zouden zijn om uranyl via vijf of zes liganden of via waterstofbruggen zou kunnen binden. Van eiwitten is al langer bekend dat ze selectief met metalen kunnen binden.

Zo vonden een eiwit met een onbekende functie, dat de bacterie Methanobacterium thermoautotrophicum maakt. Dit eiwit bleek een sterke affiniteit voor uranyl te hebben, die de onderzoekers nog wisten te verhogen door het vervangen van één histidineresidu door glutamine en één leucineresidu door asparagine. Alleen koperkationen en vanadyl (de vanadiumvariant op uranyl) konden nog enigszins concurreren, maar zijn bij het eiwit een stuk minder geliefd.

Het eiwit kan je op een vaste drager fixeren of op een celoppervlak en is daarmee toepasbaar op zowel biologische als niet-biologische systemen.

De onderzoekers konden ook vaststellen hoe het eiwit aan uranyl bindt. Twee aminozuurresiduen zorgden voor de binding op het equatoriale vlak, terwijl twee andere zorgen voor een negatieve lading om de pluslading van het uranyl te compenseren. Een arginineresidue maakt de binding nog sterker door een waterstofbrug te vormen. Binnen het eiwit zorgen een threonine- en een alanineresidu voor stabilisatie door een interne waterstofbrug.

Tot nu toe was het door de aanwezigheid van andere metalen niet mogelijk om de uranyl selectief uit het water te halen. Er bestonden al wel ingewikkelde complexvormende liganden, maar die zijn enorm duur, en dus ongeschikt voor grote hoeveelheden zeewater.

Bron: Nature Chemistry

Onderwerpen