Los elementos de tierras raras son vitales para muchas tecnologías modernas. Los químicos de LMU han demostrado ahora que un cofactor que se encuentra en una enzima bacteriana puede extraer selectivamente algunos de estos metales de mezclas de una manera ambientalmente benigna.

Los elementos de tierras raras (REE) son un ingrediente indispensable de los dispositivos electrónicos que ahora son una parte integral de nuestra vida diaria. Se emplean en computadoras, teléfonos inteligentes, motores eléctricos y muchas otras tecnologías clave como componentes de imanes y baterías, y también sirven como potentes catalizadores químicos. Los REE comprenden 17 elementos:escandio, itrio, lantano y los 14 lantánidos que siguen al lantano en la tabla periódica. En naturaleza, se presentan como mezclas y a menudo se encuentran asociados con los elementos radiactivos uranio y torio. Todos los REE exhiben propiedades químicas muy similares, lo que hace que separarlos entre sí sea difícil, tarea que consume mucha energía y es problemática para el medio ambiente. Ahora, un equipo dirigido por la química de LMU, la profesora Lena Daumann, ha demostrado que un cofactor enzimático llamado pirroloquinolina quinona (PQQ) que se encuentra en ciertas especies de bacterias se une selectivamente a REE específicos y puede usarse para separarlos de las mezclas.

Que los REE también juegan un papel esencial en la biosfera se descubrió hace menos de 10 años, cuando se demostró que ciertos tipos de bacterias pueden absorber selectivamente lantánidos del medio ambiente, que luego se incorporan a enzimas para su uso como catalizadores metabólicos. Por ejemplo, en bacterias metilotróficas, el lantano o europio se unen a PQQ en la enzima metanol deshidrogenasa (MDH), y juega un papel esencial en la oxidación del metanol, una parte importante del metabolismo energético de estas bacterias. Daumann y sus colegas ahora han caracterizado la interacción de PQQ con estos REE en detalle y, en cooperación con investigadores con sede en Berlín y Münster, han aislado complejos PQQ-lantánidos y han determinado sus estructuras moleculares por primera vez en ausencia de la matriz enzimática.

Los resultados demuestran que PQQ puede eliminar selectivamente algunos REE por precipitación de soluciones acuosas que contienen mezclas de sus sales, sin la necesidad de disolventes orgánicos potencialmente peligrosos u otros aditivos. Sorprendentemente, PQQ se une preferentemente a los lantánidos más grandes, incluido el neodimio. El reciclaje de estos últimos es de particular interés para las tecnologías sostenibles. "Una característica de los lantánidos es que el radio iónico disminuye progresivamente a lo largo de la fila desde el lantano hasta el lutecio, y estas minúsculas diferencias se pueden utilizar para separarlas, "Daumann explica. Hasta ahora, no estaba claro por qué las bacterias seleccionan preferentemente los lantánidos más grandes para funciones bioquímicas. Según sus últimos resultados, los autores del nuevo estudio sospechan que esto tiene que ver con la estructura de PQQ. Es probable que el sitio activo en las enzimas que contienen PQQ se haya optimizado para adaptarse a los iones más grandes de la serie REE. Los nuevos hallazgos deberían estimular un mayor interés en el uso de bacterias para el reciclaje de REE. El estudio aparece en la revista Química:una revista europea , y aparece en la portada del último número.